JP5338565B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
この実施形態に係るインバータ装置1は、図1の様に、負荷(例えば3相負荷)10と、直流電源12と、直流電源12の直流電力を所定の出力方式の電力(例えば3相交流電力)に変換して3相負荷10の各相U,V,Wに供給するインバータ回路14と、インバータ回路14を制御する制御回路16とを備えている。
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの一定期間(例えばキャリア周期)T内での通電期間tpu,tnu,tpv,tnv,tpw,tnwは、例えば領域S1では、式2の様に与えられる。
各相U,V,Wにそれぞれ電流Iu,Iv,Iwが流れた場合の各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの瞬時電力fpu(Iu),fnu(Iu),fpv(Iv),fnv(Iv),fpw(Iw),fnw(Iw)はそれぞれ、式3の様に、そのトランジスタTの瞬時電力fpu_t(Iu),fpv_t(Iv),fpw_t(Iw)と、そのダイオードDの瞬時電力fpu_d(Iu),fpv_d(Iv),fpw_d(Iw)との和で与えられる。
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの一定期間Tでの電力損失Ppu,Pnu,Ppv,Pnv,Ppw,Pnwはそれぞれ、式9の様に、そのスイッチ素子の通電期間tpu,tnu,tpv,tnv,tpw,tnwと瞬時電力fpu(Iu),fnu(Iu),fpv(Iv),fnv(Iv),fpw(Iw),fnw(Iw)との積により与えられる。
各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwはそれぞれ、そのスイッチ素子の電力損失Ppu,Pnu,Ppv,Pnv,Ppw,Pnwにおけるそのスイッチ素子の電力損失許容量に対する割合を示す。従って、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwはそれぞれ、その電力損失許容度が高いほど熱破壊する可能性が高くなり、その電力損失許容度が低いほど熱破壊する可能性は低くなる。
X相の上アーム素子Spxの電力損失許容度P’pxとY相の下アーム素子Snyの電力損失P’nyとが平衡条件となるときの期間t0と電力損失許容度P’pxとを計算すると、式12の様になる。尚、X相とY相は各相U,V,Wのうちの1相である。X相とY相は異なる相でも良いし、同じ相でも良い。
このオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法では、オンオフパターンP1において、期間t0が、各期間t0,t7の和tz(=t0+t7)が一定に保たれた状態で、各スイッチ素子Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snwの電力損失許容度P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nwのうちの最大のものが最も小さくなる様な期間t0(このt0をtaと呼ぶ)に調整される。換言すれば、オンオフパターンP1の期間t0が、0≦ta≦tzを満たすtaに調整される。例えば図5では、オンオフパターンP1の期間t0は点Aでのtaに調整される。以下、図6に基づき詳説する。
この実施形態は、第1実施形態のオンオフパターンP1の各期間t0,t7の比の調整方法の変形例である。この実施形態に係るインバータ回路1Bは、図9の様に、第1実施形態において、各相U,V,Wに流れる電流Iu,Iv,Iwを検出する電流検出センサ17u,17v,17wを更に備えたものである。尚、この実施形態の各構成要素のうち、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明は省略する。
10 3相負荷
11u,11v,11w 各相U,V,Wの電極
12 直流電源
12a 交流電源
12b 平滑回路
14 インバータ回路
16 制御回路
17u,17v,17w 電流検出センサ
Hu,Hv,Hw 位置検出センサ
Iu,Iv,Iw 各相U,V,Wに流れる電流
I* 電流指令値
P1 オンオフパターン
P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nw 電力損失許容度
Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw スイッチ素子
t0〜t7,ti,tj V0〜V7,Vi,Vjの実施期間
U,V,W 3相負荷の各相
Vu*,Vv*,Vw* 電圧指令値
V* 電圧指令ベクトル
V0〜V7 電圧ベクトル
ω 回転速度
ω* 回転速度指令値
Claims (11)
- 負荷(10)を駆動制御するインバータ装置であって、
所定の直流電源(12)の電力を所定の出力方式の電力に変換して前記負荷に供給する複数のスイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)を有するインバータ回路(14)と、
前記複数のスイッチ素子をオンオフ制御して前記負荷を駆動制御する制御回路(16)と、
を備え、
前記各スイッチ素子における一定周期(T)の電力損失(Ppu,Ppv,Ppw,Pnu,Pnv,Pnw)と、そのスイッチ素子の電力損失許容量に反比例する補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)の積を電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw,P’nu,P’nv,P’nw)とし、
前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各スイッチ素子をオンオフ制御することを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1に記載のインバータ装置であって、
前記インバータ回路(14)は、前記負荷の各相(U,V,W)毎に前記所定の直流電源(12)に対して互いに直列接続された2個の前記スイッチ素子(Spu,Snu;Spv,Snv;Spw,Snw)を有し、前記各相毎の前記各スイッチ素子の間の電圧をそれぞれ前記各相に印加し、
前記2個のスイッチ素子のうち、前記所定の直流電源の陽極側に接続されたもの(Spu,Spv,Spw)を上アーム素子とし、前記所定の直流電源の陰極側に接続されたもの(Snu,Snv,Snw)を下アーム素子とし、
前記制御回路(16)は、前記一定周期において、前記各相の前記各スイッチ素子の前記電力損失許容度のうちの最大のものが最も小さくなる様に、前記各相の全ての前記下アーム素子のみがオンになる第1期間(t0)と、前記各相の全ての前記上アーム素子のみがオンになる第2期間(t7)との和(tz)を一定に保って前記第1期間と前記第2期間との比を調整することを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1または2に記載のインバータ装置であって、
前記各スイッチ素子はそれぞれ、トランジスタ(T)と、前記トランジスタの主電極間に逆方向接続されたダイオード(D)とを有し、
前記補正係数(kpu,kpv,kpw,knu,knv,knw)は、前記トランジスタに関する第1補正係数(kpu_t,kpv_t,kpw_t,knu_t,knv_t,knw_t)と前記ダイオードに関する第2補正係数(kpu_d,kpv_d,kpw_d,knu_d,knv_d,knw_d)とに分けられ、
前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失(Ppu_t,Ppv_t,Ppw_t,Pnu_t,Pnv_t,Pnw_t)に掛けられ、
前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失(Ppu_d,Ppv_d,Ppw_d,Pnu_d,Pnv_d,Pnw_d)に掛けられることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1または2に記載のインバータ装置であって、
前記補正係数は、前記スイッチ素子の電力損失の絶対最大定格の逆数であることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項3に記載のインバータ装置であって、
前記第1補正係数は、前記トランジスタの電力損失の絶対最大定格の逆数であり、
前記第2補正係数は、前記ダイオードの電力損失の絶対最大定格の逆数であることを特徴とするインバータ装置。 - 請求項2〜5の何れかに記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(a)前記第1期間(t0)がゼロである場合の全ての前記上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)のうちの最大のものを与える第1の相(X)を前記各相(U,V,W)の中から特定すると共に、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の全ての前記下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)のうちの最大のものを与える第2の相(Y)を前記各相の中から特定し(S1)、
(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とが平衡状態になるときの前記第1期間(tb)および前記電力損失許容度(P’b)を求め(S2)、
(c)前記第1期間(t0)が前記平衡状態になるときの前記第1期間(tb)に等しい場合の全ての前記スイッチ素子(Spu,Snu,Spv,Snv,Spw,Snw)の前記電力損失許許容度(P’pu,P’nu,P’pv,P’nv,P’pw,P’nw)の中から最大の電力損失許容度(P’m)を特定し(S3)、
(d)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しい場合(S5)において、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合(S3)は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)から求まる前記比に調整する(S8)ことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項6に記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(e)前記平衡状態のときの前記第1期間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和(tz)に等しい場合の前記第2の相(Y)の前記下アーム素子(Sny)の前記電力損失許容度(P’ny)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(S7)ことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項6に記載のインバータ装置であって、
前記制御回路(16)は、
(f)前記平衡状態のときの前記電力損失許容度(P’b)と前記最大の電力損失許容度(P’m)とが等しくない場合において、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各上アーム素子(Spu,Spv,Spw)の何れかの前記電力損失許容度(P’pu,P’pv,P’pw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第1の相(X)に設定して、前記(a)以降の処理を行い、他方、前記最大の電力損失許容度(P’m)が前記各下アーム素子(Snu,Snv,Snw)の何れかの前記電力損失許容度(P’nu,P’nv,P’nw)である場合は、前記最大の電力損失許容度に対応する相を前記第2の相(Y)に設定して、前記(b)以降の処理を行う(S6)ことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項2〜5の何れかに記載のインバータ装置であって、
前記各相(U,V,W)に流れる各電流(Iu,Iv,Iw)を検出する電流検出センサ(17u,17v,17w)を更に備え、
前記制御回路(16)は、
(a)前記各電流検出センサの検出結果に基づき、前記各相の中から、前記各相に流れる前記電流のうちの電流絶対値の最大のものが流れる第1の相(X)を特定し(U1)、
(b)前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)と前記下アーム素子(Snx)の各々の前記電力損失許容度(P’px,P’nx)が平衡状態になるときの前記第1時間(tb)を求め、
(c)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロ以上で前記和(tz)以下である場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)から求まる前記比に調整する(U4)ことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項9に記載のインバータ装置であって、
(d)前記平衡状態のときの前記第1時間(tb)がゼロよりも小さいかまたは前記和(tz)よりも大きい場合は、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)との前記比を、前記第1期間(t0)がゼロの場合の前記第1の相(X)の前記上アーム素子(Spx)の前記電力損失許容度(P’px)と、前記第1期間(t0)が前記和に等しい場合の前記第1の相の前記下アーム素子(Snx)の前記電力損失許容度(P’nx)とのうちの小さい方の当該第1期間から求まる前記比に調整する(U5)ことを特徴とするインバータ装置。 - 請求項2〜10の何れかのインバータ装置であって、
前記制御回路は、
前記一定期間(T)毎に、前記第1期間(t0)と前記第2期間(t7)の比を調整することを特徴とするインバータ装置。
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