JP4604557B2 - PWM cycloconverter and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、PWMサイクロコンバータの動作時の特に電流が少ない状態においてスイッチ間電流転流時間に発生する転流誤差を小さくする、もしくは効果的に補正することにより、指令通りの電圧出力を可能にするPWMサイクロコンバータおよびその制御方法に関するものである。   The present invention makes it possible to output a voltage as commanded by reducing or effectively correcting the commutation error that occurs during the inter-switch current commutation time, especially when the PWM cycloconverter is in a low current state. The present invention relates to a PWM cycloconverter and a control method thereof.

PWMサイクロコンバータは、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続しているために、三相交流電源を直接任意の電圧・周波数に変換することが可能である。
しかしスイッチに流れている電流を強制的にスイッチングするために、独自のスイッチング動作が必要である。この一連のスイッチング動作を転流と呼ぶ。
この転流の作成方法として、スイッチング素子から流れ出る出力電流の向きを判定する出力電流方向検出回路により得られた出力電流方向信号を基に作成する方法などが挙げられる。
また、実際の転流は、PWM信号出力を基に、ロジック回路において作成するのが一般的である。
しかしながら、実際に転流を行う際、スイッチング素子のスイッチング時間を考慮して、ある一定の遅延時間を設ける必要がある。そのため、本来出力されるべき出力電圧指令と、実際に出力される出力電圧との間に誤差が生じてしまう。
また、その誤差は、電源の基準電圧の状態や転流の情報源となる出力電流の向きや電源電圧の大小関係などに依存して発生する。
このような技術課題に対し、電流の方向や電圧の状態をあらかじめ制御器で検出し、あらかじめ指令電圧に補正をして出力電圧の誤差を補正する補正方法が提案されている(特許文献1参照)。
特開2003−309975号公報
Since the PWM cycloconverter directly connects each phase of the AC power supply and each phase on the output side with a bidirectional switch with self-extinguishing capability, the three-phase AC power supply is directly converted to any voltage / frequency. It is possible.
However, in order to forcibly switch the current flowing through the switch, a unique switching operation is required. This series of switching operations is called commutation.
As a method of creating this commutation, there is a method of creating based on an output current direction signal obtained by an output current direction detection circuit that determines the direction of the output current flowing out of the switching element.
Also, the actual commutation is generally created in a logic circuit based on the PWM signal output.
However, when actually performing commutation, it is necessary to provide a certain delay time in consideration of the switching time of the switching element. Therefore, an error occurs between the output voltage command that should be output and the output voltage that is actually output.
Further, the error occurs depending on the state of the reference voltage of the power supply, the direction of the output current that becomes the information source of commutation, the magnitude relation of the power supply voltage, and the like.
For such a technical problem, a correction method has been proposed in which the current direction and voltage state are detected by a controller in advance, and the command voltage is corrected in advance to correct an error in the output voltage (see Patent Document 1). ).
JP 2003-309975 A

図7は特許文献1記載の発明が行っている従来の電流方向検出方法による転流動作の作成方法を示す図である。
IGBT素子に逆電圧阻止能力がある場合、双方向スイッチの構成は図7の構成8のように、IGBT素子2個を逆並列接続した回路で1アームを構成し、この1アームを複数個(図では2個を示す。)接続したその接続点を負荷モータ側と接続し、両他端を交流電源側の各相電力線に接続すればよい。
この2つの双方向スイッチのゲートに図中のようなS1指令・S2指令とS3指令・S4指令が入力された場合を例に示す。
電流方向信号と転流パターンを状態判別パターン11として表に表した。
表において、まず、状態1である場合はパターン1を選択する。
パターン1の動作は、はじめに指令S1に電流が流れているので電流が流れていない指令S2をOFFし、十分時間がたったところで、次に電流が流れる指令S3をONする。
次に、指令S3のONから時間がたった後、指令S1をOFFし、最後に指令S4を入れる。
この一連の動作により転流を完了する。
状態2の場合は電流の方向が逆になるため、パターン2のようにパターン1の指令S1とS2が、指令S3とS4が入れ替わった構成となる。
ところが、従来は電流の方向を表わす電流方向信号が1つしかなかったため、電流が大きい値なのか零近傍なのかを判別することができなかった。そのため実際の微小な電流と、転流の補正値の極性が一致せず、結果過補償を引き起こす可能性があった。
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for creating a commutation operation by a conventional current direction detection method performed by the invention described in Patent Document 1. In FIG.
When the IGBT element has a reverse voltage blocking capability, the bidirectional switch has a configuration in which one arm is constituted by a circuit in which two IGBT elements are connected in reverse parallel as shown in configuration 8 in FIG. In the figure, two are shown.) The connected connection point may be connected to the load motor side, and the other end may be connected to each phase power line on the AC power supply side.
The case where the S1 command / S2 command and the S3 command / S4 command as shown in the figure are input to the gates of the two bidirectional switches will be described as an example.
The current direction signal and the commutation pattern are shown in the table as the state determination pattern 11.
In the table, first, when the state is 1, the pattern 1 is selected.
In the operation of the pattern 1, first, since the current flows in the command S1, the command S2 in which no current flows is turned off, and after a sufficient time has passed, the command S3 in which the current flows next is turned on.
Next, after a time has elapsed since the command S3 was turned on, the command S1 is turned off, and finally the command S4 is entered.
This series of operations completes commutation.
In the state 2, since the direction of the current is reversed, the commands S1 and S2 of the pattern 1 are replaced with the commands S3 and S4 as in the pattern 2.
However, conventionally, since there was only one current direction signal indicating the direction of the current, it was impossible to determine whether the current was a large value or near zero. For this reason, the actual minute current and the polarity of the commutation correction value do not match, which may cause overcompensation.

以上のように、特許文献1開示の補正方法は電流の方向を正しく検出できた場合のみ有効であるが、この検出自体を間違うと、過補償を引き起こして、逆に電圧誤差を増大させてしまう問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、電流方向を間違え易い零電流近傍での電流方向検出や、零電流近傍においても、過補償を引き起こすことのない、転流誤差が小さくなるようなスイッチング動作を実現するPWMサイクロコンバータとその制御方法を提供することを目的としている。
As described above, the correction method disclosed in Patent Document 1 is effective only when the direction of current can be detected correctly. However, if this detection itself is wrong, overcompensation is caused and voltage error is increased. There was a problem.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of detecting the current direction in the vicinity of the zero current where the current direction is likely to be mistaken, and does not cause overcompensation even in the vicinity of the zero current. An object of the present invention is to provide a PWM cycloconverter that realizes a switching operation that reduces an error and a control method thereof.

上記問題を解決するため、請求項1記載のPWMサイクロコンバータの発明は、交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の絶対値を検出できる電流値検出器とを有し、前記コントローラが、前記PWMサイクロコンバータの出力電流の絶対値がある一定の値以下の場合、先にオンしている双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオフし、一定の時間の後、次にオンしたい双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオンさせることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention of the PWM cycloconverter according to claim 1 includes an LC power source and an LC filter on the input side, and each phase of the AC power source and each phase on the output side have a self-extinguishing capability. In a PWM cycloconverter that directly connects with a direction switch and PWM-controls an AC power supply voltage with a controller according to an output voltage command and outputs an arbitrary AC and DC voltage, a current detection device that detects an output current of the PWM cycloconverter And a current value detector capable of detecting the absolute value of the current based on the current signal output from the current detection device, wherein the controller has a certain value with an absolute value of the output current of the PWM cycloconverter. in the following cases, turning off the two switches connected in antiparallel constituting the bidirectional switch is turned on earlier time, after a certain time, And wherein the turning on simultaneously turned on should the two switches connected in antiparallel constituting a bidirectional switch.

請求項2記載のPWMサイクロコンバータの発明は、交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の方向を判別する電流方向検出回路と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の絶対値を検出できる電流値検出器と、前記電流検出装置から出力される電流信号の絶対値対出力電圧指令に関する補正テーブルとを有し、前記コントローラが、前記電流方向検出器により検出された電流方向信号を基にスイッチングの順序を切り替え、かつ、前記電流信号の絶対値が小さい場合、その絶対値に応じた前記補正テーブルにより出力電圧指令に対し補正を行うことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載のPWMサイクロコンバータにおいて、前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記補正値を決定する前記電流信号の方向を決定する際,前記電流方向検出器の検出結果を電圧指令を取り込み,その取り込み結果に応じた補正値を電圧指令に対し補正することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項2記載のPWMサイクロコンバータにおいて、前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記出力電流信号を基に、前記電流方向検出器のしきい値と同じしきい値をソフトウエアで構成し、前記電流方向信号を検出しなくても、それに準ずる方向信号をソフトウエア的に作成し、電圧補正決定用信号として用いることを特徴とする。
請求項5記載のPWMサイクロコンバータの制御方法の発明は、交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの制御方法において、前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出し、検出された出力電流信号を基に出力電流絶対値を演算し、前記出力電流絶対値がある一定の値以下の場合、先にオンしている双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオフし、一定の時間の後、次にオンしたい双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオンさせることを特徴とする。
The invention of the PWM cycloconverter according to claim 2 comprises an AC power supply and an LC filter on the input side, and directly connects each phase of the AC power supply and each phase on the output side with a bidirectional switch having a self-extinguishing capability, In a PWM cycloconverter that performs PWM control of an AC power supply voltage with a controller in accordance with an output voltage command and outputs an arbitrary AC and DC voltage, a current detection device that detects an output current of the PWM cycloconverter, and a current detection device A current direction detection circuit for determining a current direction based on an output current signal; a current value detector capable of detecting an absolute value of a current based on a current signal output from the current detection device; and the current detection device A correction table related to the absolute value of the current signal output from the output voltage command and the controller detects the current direction detector. Switching the order of switching on the basis of the current direction signal, and, when the absolute value of the current signal is small, and performs the correction on the output voltage command by the correction table according to the absolute value.
According to a third aspect of the present invention, in the PWM cycloconverter according to the second aspect, when the current direction detector is configured by hardware, the controller determines the direction of the current signal that determines the correction value. The voltage direction is fetched from the detection result of the current direction detector, and the correction value corresponding to the fetched result is corrected for the voltage command.
According to a fourth aspect of the present invention, in the PWM cycloconverter according to the second aspect, in the case where the current direction detector is configured by hardware, the controller performs the operation of the current direction detector based on the output current signal. The same threshold value as the threshold value is configured by software, and even if the current direction signal is not detected, a direction signal corresponding to the threshold value is generated by software and used as a voltage correction determination signal.
According to a fifth aspect of the present invention, the PWM cycloconverter control method includes an AC power source and an LC filter on the input side, and each phase of the AC power source and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch having a self-extinguishing capability. In the control method of the PWM cycloconverter that connects and performs PWM control of the AC power supply voltage with the controller according to the output voltage command, and outputs any AC and DC voltage, the output current of the PWM cycloconverter is detected and detected When the absolute value of the output current is calculated based on the output current signal and the absolute value of the output current is not more than a certain value, two switches connected in reverse parallel that constitute the bidirectional switch that is turned on at the same time The switch is turned off, and after a certain time, two switches connected in anti-parallel constituting a bidirectional switch to be turned on next are turned on simultaneously.

請求項6記載のPWMサイクロコンバータの制御方法の発明は、交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの制御方法において、前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出し、検出された出力電流信号を基に前記出力電流の方向と出力電流絶対値を求め、前記電流検出装置から出力される電流信号の絶対値対出力電圧指令に関する補正テーブルによって前記電流信号の絶対値が小さい場合、その絶対値に応じた前記補正テーブルにより出力電圧指令に対し補正を行うことを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項6記載のPWMサイクロコンバータの制御方法において、前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記補正値を決定する前記電流信号の方向を決定する際,前記電流方向検出器の検出結果を電圧指令を取り込み,その取り込み結果に応じた補正値を電圧指令に対し補正することを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項6記載のPWMサイクロコンバータの制御方法において、前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記出力電流信号を基に、前記電流方向検出器のしきい値と同じしきい値をソフトウエアで構成し、前記電流方向信号を検出しなくても、それに準ずる方向信号をソフトウエア的に作成し、電圧補正決定用信号として用いることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an AC power supply and an LC filter on the input side, and each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch having a self-extinguishing capability. In the control method of the PWM cycloconverter that connects and performs PWM control of the AC power supply voltage with the controller according to the output voltage command, and outputs any AC and DC voltage, the output current of the PWM cycloconverter is detected and detected If the direction of the output current and the absolute value of the output current are obtained based on the output current signal, and the absolute value of the current signal is small by the correction table related to the absolute value of the current signal output from the current detection device versus the output voltage command, The output voltage command is corrected by the correction table corresponding to the absolute value.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of controlling a PWM cycloconverter according to the sixth aspect, when the current direction detector is configured by hardware, the controller determines the direction of the current signal that determines the correction value. When determining, a voltage command is taken in as a detection result of the current direction detector, and a correction value corresponding to the fetched result is corrected for the voltage command.
According to an eighth aspect of the present invention, in the control method of the PWM cycloconverter according to the sixth aspect, when the current direction detector is configured by hardware, the controller detects the current direction based on the output current signal. The same threshold value as the threshold value of the detector is configured by software, and even if the current direction signal is not detected, a direction signal corresponding to the current direction signal is created in software and used as a voltage correction determination signal. And

以上述べたような構成にすることにより、特に零電流近傍での出力電圧誤差を小さくすることが可能となる。
また、発生した電圧誤差を正確に補正することで検出ミスによる過補償を抑制し、転流誤差による負荷モータのトルクリップルを抑制することが可能となる。
With the configuration as described above, it is possible to reduce an output voltage error particularly in the vicinity of zero current.
Moreover, it is possible to suppress overcompensation due to detection error by accurately correcting the generated voltage error, and to suppress torque ripple of the load motor due to commutation error.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施例を実現するためのPWMサイクロコンバータの回路構成図である。
図において、1は三相交流電源、2は入力フィルタ、3はマトリクスサイクロコンバータ主回路、4は電流方向検出器群、5は負荷としてのモータ、6はゲートドライバ、7はゲートドライバ6を制御する本発明に係るコントローラである。コントローラ7は、7−1の転流作成ロジック、7−2のPWM演算器、7−3の電流方向検出器を備えている。
PWMサイクロコンバータは、三相交流電源1から入力フィルタ2を介しPWMサイクロコンバータ主回路3が接続された形状となっている。負荷であるモータ5を駆動する際には、通常、PWMサイクロコンバータ出力段に電流検出器群4を設置して出力電流の検出を行い、この出力電流を基にコントローラ7において電流制御と過電流保護を行う。
コントローラ7は、電流検出器群4によって検出された電流をA/D変換し、PWM演算器7−2にて電流制御を行う。PWM演算器7−2より出力されたPWM信号は、PWMサイクロコンバータ独自の転流動作を形成するために、転流作成ロジック7−1に入力される。転流動作を行うための情報として、電流方向検出器7−3により検出された電流方向情報が必要となる。
コントローラ7からの出力信号をゲートドライバ6により双方向スイッチの点弧信号として出力し双方向スイッチを駆動している。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a PWM cycloconverter for realizing the first embodiment of the present invention.
In the figure, 1 is a three-phase AC power source, 2 is an input filter, 3 is a matrix cycloconverter main circuit, 4 is a current direction detector group, 5 is a motor as a load, 6 is a gate driver, and 7 is a gate driver 6. The controller according to the present invention. The controller 7 includes a commutation creation logic 7-1, a PWM calculator 7-2, and a current direction detector 7-3.
The PWM cycloconverter has a shape in which a PWM cycloconverter main circuit 3 is connected from a three-phase AC power source 1 via an input filter 2. When driving the motor 5 as a load, the current detector group 4 is usually installed at the output stage of the PWM cycloconverter to detect the output current, and the controller 7 performs current control and overcurrent based on this output current. Provide protection.
The controller 7 performs A / D conversion on the current detected by the current detector group 4, and performs current control by the PWM calculator 7-2. The PWM signal output from the PWM calculator 7-2 is input to the commutation creation logic 7-1 in order to form a commutation operation unique to the PWM cycloconverter. As information for performing the commutation operation, the current direction information detected by the current direction detector 7-3 is required.
An output signal from the controller 7 is output as a bidirectional switch firing signal by the gate driver 6 to drive the bidirectional switch.

図2は図1の電流方向検出器7−3について説明する図で、(a)はその内部構成を示し、(b)は正弦波の電流信号の場合における電流方向検出器7−3の検出する信号1と信号2の関係を示す図である。
電流信号をそれぞれ正の基準電圧および負の基準電圧と比較することで、電流方向が正であることを判別する電流方向信号1と負であることを判別する電流方向信号2の2種類を作成する。電流方向が正である電流信号は(1.0)で表され、電流方向が負である電流信号は(0.1)で表され、正の基準電圧および負の基準電圧以下の電流信号は(0.0)で表される。
したがって、図2(b)に示されたような正弦波の電流信号の場合は、電流方向信号1と2の状態は(1.0)、(0.1)、(0.0)の3パターンが存在することになる。
2A and 2B are diagrams for explaining the current direction detector 7-3 in FIG. 1. FIG. 2A shows the internal configuration, and FIG. 2B shows the detection of the current direction detector 7-3 in the case of a sine wave current signal. It is a figure which shows the relationship between the signal 1 to perform, and the signal 2.
By comparing the current signal with a positive reference voltage and a negative reference voltage, two types of current direction signal 1 for determining that the current direction is positive and current direction signal 2 for determining that the current direction is negative are created. To do. A current signal having a positive current direction is represented by (1.0), a current signal having a negative current direction is represented by (0.1), and a current signal having a positive reference voltage and a negative reference voltage or less is represented by (0.0).
Therefore, in the case of a sinusoidal current signal as shown in FIG. 2B, the states of the current direction signals 1 and 2 are (1.0), (0.1), and (0.0) 3. There will be a pattern.

図3は図2の電流方向検出器により検出された電流方向信号により、どのようなPWMパターンを選択するかを示す図である。
IGBT素子に逆電圧阻止能力がある場合、双方向スイッチの構成は図3の構成8のように、IGBT素子2個を逆並列接続した回路で1アームを構成し、この1アームを複数個(図では2個を示す。)接続したその接続点を負荷モータ側と接続し、両他端を交流電源側の各相電力線に接続すればよい。
この2つの双方向スイッチのゲートに図中のようなS1指令・S2指令とS3指令・S4指令が入力された場合を例に示す。
電流方向信号と転流パターンを状態判別パターン9として表に表した。
表において、まず、状態1である場合はパターン1を選択する。パターン1の動作は、はじめに指令S1に電流が流れているので電流が流れていない指令S2をOFFし、十分時間がたったところで、次に電流が流れる指令S3をONする。
次に、指令S3のONから時間がたった後、指令S1をOFFし、最後に指令S4を入れる。
この一連の動作により転流を完了する。
状態2の場合は電流の方向が逆になるため、パターン2のようにパターン1の指令S1とS2が、指令S3とS4が入れ替わった構成となる。
さらに、第1実施例の特徴である状態3を検出した場合、そもそもIGBT素子に流れる電流はほぼ零であるため、パターン1や2のように複雑な転流動作を行う必要がなくなる。その場合、パターン3のように指令S1とS2を同時にOFFし、しばらくして後、指令S3とS4を同時にONすることでスイッチング完了とすることが出来る。
電流の零付近では、正確に電流の正負を判別することは困難であるため、このような方式を採用することでより正確なスイッチング動作が可能となり、零電流付近での出力電圧精度の向上につながる。
FIG. 3 is a diagram showing what PWM pattern is selected based on the current direction signal detected by the current direction detector of FIG.
When the IGBT element has a reverse voltage blocking capability, the configuration of the bidirectional switch is configured as one arm by a circuit in which two IGBT elements are connected in antiparallel as shown in the configuration 8 in FIG. In the figure, two are shown.) The connected connection point may be connected to the load motor side, and the other end may be connected to each phase power line on the AC power supply side.
The case where the S1 command / S2 command and the S3 command / S4 command as shown in the figure are input to the gates of the two bidirectional switches will be described as an example.
The current direction signal and the commutation pattern are shown in the table as a state determination pattern 9.
In the table, first, when the state is 1, the pattern 1 is selected. In the operation of the pattern 1, first, since the current flows in the command S1, the command S2 in which no current flows is turned off, and after a sufficient time has passed, the command S3 in which the current flows next is turned on.
Next, after a time has elapsed since the command S3 was turned on, the command S1 is turned off, and finally the command S4 is entered.
This series of operations completes commutation.
In the state 2, since the direction of the current is reversed, the commands S1 and S2 of the pattern 1 are replaced with the commands S3 and S4 as in the pattern 2.
Further, when the state 3 which is a feature of the first embodiment is detected, the current flowing through the IGBT element is almost zero in the first place, so that it is not necessary to perform a complicated commutation operation like the patterns 1 and 2. In that case, the commands S1 and S2 are simultaneously turned off as in the pattern 3, and after a while, the commands S3 and S4 are simultaneously turned on to complete the switching.
Since it is difficult to accurately determine whether the current is positive or negative near the current zero, using this method makes it possible to perform more accurate switching operations, improving output voltage accuracy near the zero current. Connected.

図4は本発明の第2の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。
図において、コントローラ7は図1と同じく転流作成ロジック7−1、電流方向検出器7−3と、第2の実施例に係るPWM演算器7−2を備えている。
PWM演算器7−2に取り込まれた電流信号により電圧指令に対する補正を行う。検出された電流信号を基に、予め容易した補正テーブルより補正値を決定する。決定された補正値は本来出力したい電圧指令に加算する。
電圧指令に対して実際に出力される電圧は、その電流の向きと絶対値により誤差を含んでしまう。よって、この誤差を補正するために、電流値による誤差を予め演算し、補正値テーブルを作成する。図4の補正テーブルでは横軸に電流値、縦軸に補正値を取っている。そこで、検出された電流値をこの補正テーブルに入力し、出力された補正値を電圧指令に加減することにより補正を行う。
この加算する場所はd−q軸の制御系でも3相電圧指令でもいずれでも可能である。
これらの補正を加えた電圧指令を基にPWMを作成し、図1のようにIGBT素子の駆動を行う。
FIG. 4 is a block diagram showing the inside of the controller for realizing the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the controller 7 includes a commutation generation logic 7-1, a current direction detector 7-3, and a PWM calculator 7-2 according to the second embodiment.
The voltage command is corrected by the current signal taken in the PWM calculator 7-2. Based on the detected current signal, a correction value is determined from a correction table that has been facilitated in advance. The determined correction value is added to the voltage command to be originally output.
The voltage actually output in response to the voltage command includes an error depending on the direction and absolute value of the current. Therefore, in order to correct this error, an error due to the current value is calculated in advance and a correction value table is created. In the correction table of FIG. 4, the horizontal axis represents the current value and the vertical axis represents the correction value. Therefore, the detected current value is input to this correction table, and the correction is performed by adding or subtracting the output correction value to the voltage command.
This addition can be performed by either a dq axis control system or a three-phase voltage command.
A PWM is created based on the voltage command with these corrections added, and the IGBT element is driven as shown in FIG.

図5は本発明の第3の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。
この第3の実施例はPWM演算器内部で演算用に検出された電流を基に補正を行うのではなく、電流方向検出器の検出信号を基に補正を行う点が特徴である。
電流方向検出器7−3の検出結果をPWM演算器に入力し、その状態により補正値を決定し電圧指令に加算し補正を行う。実際の電流方向信号と図4のような演算された電流方向とが異なった場合、補正が逆向きに行われ、結果過補償となり電圧誤差を増大させることになる。
しかし、図5のような方法を用いれば、同じ信号を基に転流の作成と誤差の補正を行うことになるので補正方向を間違うことがなくなるというメリットがある。実際の電圧誤差は、電流の方向によりその極性が、またその絶対値によりその値が決定される。また、その値はある一定以上の電流では同一であるため、電流値により方向を間違えた場合の影響は大きい。よって方向判別のみ、実際の信号によって行うことにより、より正確な補正が行われる。
FIG. 5 is a block diagram showing the inside of the controller for realizing the third embodiment of the present invention.
The third embodiment is characterized in that the correction is not made based on the current detected for calculation in the PWM calculator but based on the detection signal of the current direction detector.
The detection result of the current direction detector 7-3 is input to the PWM calculator, and a correction value is determined according to the state and added to the voltage command to perform correction. When the actual current direction signal and the calculated current direction as shown in FIG. 4 are different, the correction is performed in the opposite direction, resulting in overcompensation and increasing the voltage error.
However, if the method as shown in FIG. 5 is used, the commutation is generated and the error is corrected based on the same signal, so that there is an advantage that the correction direction is not mistaken. The actual voltage error has its polarity determined by the direction of current and its value by its absolute value. Further, since the value is the same for a certain current or more, the influence when the direction is wrong due to the current value is large. Therefore, more accurate correction is performed by performing only the direction determination using the actual signal.

図6は本発明の第4の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。
ここでは、PWM制御器に取り込んだ電流信号を、電流方向検出器と同じヒステリシス等のノイズ除去方式を導入し、先述のような実際の電流方向信号と演算された電流方向とが異なるという状況を抑制する。すなわち、7−3の電流方向検出器はハードウエアで構成するため、実際のノイズの影響を受けやすく、そのためヒステリシス等のノイズ除去方式を用いている。そこで電流方向判別器にも同等のヒステリシスを用いることにより、結果的に7−3の電流方向検出器の出力との差異を抑制できる。
FIG. 6 is a block diagram showing the inside of the controller for realizing the fourth embodiment of the present invention.
Here, the current signal taken into the PWM controller is introduced with the same noise removal method as the current direction detector, and the actual current direction signal as described above is different from the calculated current direction. Suppress. That is, since the current direction detector 7-3 is configured by hardware, it is easily affected by actual noise, and therefore a noise removal method such as hysteresis is used. Therefore, by using equivalent hysteresis for the current direction discriminator, the difference from the output of the current direction detector 7-3 can be suppressed as a result.

は本発明の第1の実施例を実現するためのPWMサイクロコンバータの回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a PWM cycloconverter for realizing the first embodiment of the present invention. 図1の電流方向検出器7−3について説明する図で、(a)はその内部構成を示し、(b)は正弦波の電流信号の場合における電流方向検出器7−3の検出する信号1と2の関係を示す図である。1A and 1B are diagrams for explaining the current direction detector 7-3 of FIG. 1, in which FIG. 1A shows its internal configuration, and FIG. 1B shows a signal 1 detected by the current direction detector 7-3 in the case of a sine wave current signal. FIG. 出力電流方向信号により選択される本発明に係るPWMパターン1〜3を説明する図である。It is a figure explaining PWM patterns 1-3 concerning the present invention selected by an output current direction signal. 本発明の第2の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。The block diagram inside a controller for implement | achieving the 2nd Example of this invention is shown. 本発明の第3の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。The block diagram inside a controller for implement | achieving the 3rd Example of this invention is shown. 本発明の第4の実施例を実現するためのコントローラ内部のブロック図を示す。The block diagram inside a controller for implement | achieving the 4th Example of this invention is shown. 従来の電流方向検出方法による転流動作の作成方法を示す図である。It is a figure which shows the preparation method of the commutation operation | movement by the conventional current direction detection method.

符号の説明Explanation of symbols

1 三相交流電源
2 入力フィルタ
3 PWMサイクロコンバータ主回路
4 電流方向検出器
5 負荷モータ
6 ゲートドライバ
7 コントローラ
7−1 転流作成ロジック
7−2 PWM演算器
7−2−1 電流方向判別器
7−3 電流方向検出器
8 双方向スイッチ構成
9 状態判別パターン
10 転流動作作成例
11 従来の状態判別パターン
12 従来の転流動作作成例
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase alternating current power supply 2 Input filter 3 PWM cycloconverter main circuit 4 Current direction detector 5 Load motor 6 Gate driver 7 Controller 7-1 Commutation creation logic 7-2 PWM calculator 7-2-1 Current direction discriminator 7 -3 Current direction detector 8 Bidirectional switch configuration 9 State determination pattern 10 Commutation operation creation example 11 Conventional state determination pattern 12 Conventional commutation operation creation example

Claims (8)

交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、
前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の絶対値を検出できる電流値検出器とを有し、
前記コントローラが、前記PWMサイクロコンバータの出力電流の絶対値がある一定の値以下の場合、先にオンしている双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオフし、一定の時間の後、次にオンしたい双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオンさせることを特徴とするPWMサイクロコンバータ。
The AC power supply is equipped with an LC filter on the input side, and each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is controlled by the controller according to the output voltage command. In a PWM cycloconverter that performs PWM control and outputs an arbitrary AC and DC voltage,
A current detection device that detects an output current of the PWM cycloconverter, and a current value detector that can detect an absolute value of a current based on a current signal output from the current detection device;
When the absolute value of the output current of the PWM cycloconverter is below a certain value, the controller simultaneously turns off the two switches connected in reverse parallel that constitute the bidirectional switch that is turned on first. A PWM cycloconverter characterized in that, after time, two switches connected in reverse parallel constituting a bidirectional switch to be turned on next are simultaneously turned on.
交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータにおいて、
前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出する電流検出装置と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の方向を判別する電流方向検出回路と、前記電流検出装置から出力される電流信号を基に電流の絶対値を検出できる電流値検出器と、前記電流検出装置から出力される電流信号の絶対値対出力電圧指令に関する補正テーブルとを有し、
前記コントローラが、前記電流方向検出器により検出された電流方向信号を基にスイッチングの順序を切り替え、かつ、前記電流信号の絶対値が小さい場合、その絶対値に応じた前記補正テーブルにより出力電圧指令に対し補正を行うことを特徴とするPWMサイクロコンバータ。
The AC power supply is equipped with an LC filter on the input side, and each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is controlled by the controller according to the output voltage command. In a PWM cycloconverter that performs PWM control and outputs an arbitrary AC and DC voltage,
A current detection device that detects an output current of the PWM cycloconverter; a current direction detection circuit that determines a current direction based on a current signal output from the current detection device; and a current signal output from the current detection device A current value detector capable of detecting the absolute value of the current based on the current value, and a correction table relating to the absolute value of the current signal output from the current detection device versus the output voltage command,
When the controller switches the order of switching based on the current direction signal detected by the current direction detector, and the absolute value of the current signal is small, an output voltage command is issued by the correction table according to the absolute value. PWM cycloconverter characterized by performing correction on
前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記補正値を決定する前記電流信号の方向を決定する際,前記電流方向検出器の検出結果を電圧指令を取り込み,その取り込み結果に応じた補正値を電圧指令に対し補正することを特徴とする請求項2記載のPWMサイクロコンバータ。   When the current direction detector is configured by hardware, when the controller determines the direction of the current signal for determining the correction value, the detection result of the current direction detector is acquired as a voltage command, and the acquired result The PWM cycloconverter according to claim 2, wherein a correction value corresponding to the voltage command is corrected for the voltage command. 前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記出力電流信号を基に、前記電流方向検出器のしきい値と同じしきい値をソフトウエアで構成し、前記電流方向信号を検出しなくても、それに準ずる方向信号をソフトウエア的に作成し、電圧補正決定用信号として用いることを特徴とする請求項2記載のPWMサイクロコンバータ。   When the current direction detector is configured by hardware, the controller configures the same threshold value as that of the current direction detector by software based on the output current signal, and the current direction signal 3. The PWM cycloconverter according to claim 2, wherein even if the signal is not detected, a direction signal corresponding to the signal is generated by software and used as a voltage correction determination signal. 交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの制御方法において、
前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出し、検出された出力電流信号を基に出力電流絶対値を演算し、
前記出力電流絶対値がある一定の値以下の場合、先にオンしている双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオフし、一定の時間の後、次にオンしたい双方向スイッチを構成する逆並列に接続する2つのスイッチを同時にオンさせることを特徴とするPWMサイクロコンバータの制御方法。
The AC power supply is equipped with an LC filter on the input side, and each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is controlled by the controller according to the output voltage command. In a control method of a PWM cycloconverter that performs PWM control and outputs an arbitrary AC and DC voltage,
The output current of the PWM cycloconverter is detected, the output current absolute value is calculated based on the detected output current signal,
When the absolute value of the output current is less than a certain value, the two switches connected in reverse parallel constituting the bidirectional switch that is turned on first are turned off at the same time. A control method for a PWM cycloconverter, wherein two switches connected in antiparallel constituting a direction switch are simultaneously turned on.
交流電源と入力側にLCフィルタを備え、交流電源の各相と出力側の各々の相を自己消弧能力をもつ双方向スイッチで直接接続し、出力電圧指令に応じて交流電源電圧をコントローラでPWM制御し、任意の交流及び直流電圧を出力するPWMサイクロコンバータの制御方法において、
前記PWMサイクロコンバータの出力電流を検出し、検出された出力電流信号を基に前記出力電流の方向と出力電流絶対値を求め、前記電流検出装置から出力される電流信号の絶対値対出力電圧指令に関する補正テーブルによって前記電流信号の絶対値が小さい場合、その絶対値に応じた前記補正テーブルにより出力電圧指令に対し補正を行うことを特徴とするPWMサイクロコンバータの制御方法。
The AC power supply is equipped with an LC filter on the input side, and each phase of the AC power supply and each phase on the output side are directly connected by a bidirectional switch with self-extinguishing capability, and the AC power supply voltage is controlled by the controller according to the output voltage command. In a control method of a PWM cycloconverter that performs PWM control and outputs an arbitrary AC and DC voltage,
The output current of the PWM cycloconverter is detected, the direction of the output current and the absolute value of the output current are obtained based on the detected output current signal, and the absolute value of the current signal output from the current detection device versus the output voltage command When the absolute value of the current signal is small according to the correction table for the output, the PWM cycloconverter control method corrects the output voltage command using the correction table corresponding to the absolute value.
前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記補正値を決定する前記電流信号の方向を決定する際,前記電流方向検出器の検出結果を電圧指令を取り込み,その取り込み結果に応じた補正値を電圧指令に対し補正することを特徴とする請求項6記載のPWMサイクロコンバータの制御方法。   When the current direction detector is configured by hardware, when the controller determines the direction of the current signal for determining the correction value, the detection result of the current direction detector is acquired as a voltage command, and the acquired result 7. The method of controlling a PWM cycloconverter according to claim 6, wherein a correction value corresponding to the voltage command is corrected for the voltage command. 前記電流方向検出器をハードウエアで構成する場合、前記コントローラが、前記出力電流信号を基に、前記電流方向検出器のしきい値と同じしきい値をソフトウエアで構成し、前記電流方向信号を検出しなくても、それに準ずる方向信号をソフトウエア的に作成し、電圧補正決定用信号として用いることを特徴とする請求項6記載のPWMサイクロコンバータの制御方法。   When the current direction detector is configured by hardware, the controller configures the same threshold value as that of the current direction detector by software based on the output current signal, and the current direction signal 7. The method of controlling a PWM cycloconverter according to claim 6, wherein a direction signal corresponding to the detected signal is generated by software and used as a voltage correction determination signal even if the signal is not detected.
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