JP5471498B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP5471498B2
JP5471498B2 JP2010011640A JP2010011640A JP5471498B2 JP 5471498 B2 JP5471498 B2 JP 5471498B2 JP 2010011640 A JP2010011640 A JP 2010011640A JP 2010011640 A JP2010011640 A JP 2010011640A JP 5471498 B2 JP5471498 B2 JP 5471498B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching
phase
voltage
compensation amount
inverter circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010011640A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011151974A (en
Inventor
佳幸 原田
敏行 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP2010011640A priority Critical patent/JP5471498B2/en
Publication of JP2011151974A publication Critical patent/JP2011151974A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5471498B2 publication Critical patent/JP5471498B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、いわゆるデッドタイムに起因する出力電圧誤差の補償機能を有した電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device having a function of compensating an output voltage error caused by so-called dead time.

空気調和機等の冷凍装置では、圧縮機を駆動するモータに交流電力を供給するために、電力変換装置が用いられることが多く、このような電力変換装置には、いわゆるインバータ回路を有したものがある。例えば、インバータ回路には、2つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる複数のスイッチングレグが直流母線間で並列接続され、各スイッチングレグのスイッチング素子のオンオフ動作によって、直流電圧を交流電圧に変換して出力するようになっているものがある。この構成のインバータ回路では、前記オンオフ動作の際に、何れかのスイッチングレグで直列接続のスイッチング素子が同時にオンになると直流母線間で短絡が起こることから、スイッチングレグを構成する2つのスイッチング素子が共にオフの期間であるデッドタイムを設けつつ、前記オンオフ動作を行うようになっている。このようにデッドタイムを設けると出力電圧が所望の電圧値からずれるので、出力電圧誤差の補償を行う機能を有したインバータ回路がある。出力電圧誤差の補償には種々の方法があるが、例えば、スイッチング素子のオンとオフが切り換わるタイミングを、相電流の向きに応じて補正するものがある(例えば特許文献1を参照)。   In a refrigeration apparatus such as an air conditioner, a power converter is often used to supply AC power to a motor that drives a compressor. Such a power converter includes a so-called inverter circuit. There is. For example, in an inverter circuit, a plurality of switching legs formed by connecting two switching elements in series with each other are connected in parallel between the DC buses, and a DC voltage is converted into an AC voltage by ON / OFF operation of the switching elements of each switching leg. Some are designed to output. In the inverter circuit with this configuration, during the on / off operation, if the switching elements connected in series in any switching leg are simultaneously turned on, a short circuit occurs between the DC buses, so the two switching elements constituting the switching leg are The on / off operation is performed while providing a dead time which is an off period. Since the output voltage deviates from a desired voltage value when the dead time is provided in this way, there is an inverter circuit having a function of compensating for an output voltage error. There are various methods for compensating the output voltage error. For example, there is a method of correcting the switching timing of the switching element according to the direction of the phase current (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−106110号公報JP 2009-106110 A

しかしながら、例えば、チラーを有した空気調和機等の用途では、一般家庭用の空気調和機よりも大きな電流(例えば400Aの電流)を流す必要があるものがあり、このような大きな電流を取り扱うインバータ回路で前記出力電圧誤差の補償を行うときに、相電流の値がより小さく制御されると、目標値に対する出力電圧のずれが却って大きくなるという現象が起こる場合があることを本願発明者は見出した。これは、後に詳述するように、スイッチング素子内に形成されたコンデンサ成分の影響により、スイッチング素子のオンオフの状態が切り替わっても直ちには相電圧が切り替わらず、想定した誤差電圧(出力電圧の目標値と実際の出力電圧との差)と異なる誤差を生ずる場合があるためと考えられる。   However, for example, in applications such as an air conditioner having a chiller, there is a thing that needs to pass a larger current (for example, a current of 400 A) than an air conditioner for home use, and an inverter that handles such a large current The inventor of the present application finds that when the phase voltage value is controlled to be smaller when the output voltage error is compensated for in the circuit, a phenomenon may occur in which the deviation of the output voltage with respect to the target value increases. It was. As will be described in detail later, the phase voltage does not switch immediately even when the switching element is switched on / off due to the influence of the capacitor component formed in the switching element, and the assumed error voltage (target output voltage) This is probably because an error different from the difference between the actual value and the actual output voltage may occur.

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、電力変換装置において、スイッチング素子のオンオフの状態が切り替わっても直ちに相電圧が切り替わらない場合にも、適正な出力電圧誤差の補償を行えるようにすることを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above problems, and in a power converter, even when the phase voltage does not immediately switch even when the switching element is switched on / off, an appropriate output voltage error can be compensated. The purpose is to do so.

上記の課題を解決するため、第1の発明は、
入力電力をスイッチングして所定の交流電力に変換する電力変換装置において、
前記入力電力が供給される母線(P,N)間で直列接続されたスイッチング素子(3a,3a)の組を複数有して前記交流電力を所定の負荷(6)に供給するインバータ回路(3)と、
前記直列接続のスイッチング素子(3a,3a)の両方がオフの期間であるデッドタイム(Td)を設けつつ、該直列接続されたスイッチング素子(3a,3a)のオンオフの関係を逆転制御するとともに、前記デッドタイム(Td)を設けたことによる前記インバータ回路(3)の出力電圧誤差を補償するスイッチング制御部(5)と、
を備え、
前記スイッチング制御部(5)は、前記デッドタイム(Td)の開始から相電圧(Vx,Vz)が切り替わるまでの期間において変化する相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記出力電圧誤差の補償量を設定することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
In a power conversion device that switches input power and converts it into predetermined AC power,
An inverter circuit (3) having a plurality of sets of switching elements (3a, 3a) connected in series between buses (P, N) to which the input power is supplied and supplying the AC power to a predetermined load (6) )When,
While providing a dead time (Td) in which both of the series-connected switching elements (3a, 3a) are off, the on-off relationship of the series-connected switching elements (3a, 3a) is controlled in reverse. A switching control unit (5) for compensating an output voltage error of the inverter circuit (3) due to the provision of the dead time (Td);
With
The switching control unit (5) compensates for the output voltage error according to a phase voltage (Vx, Vz) that changes in a period from the start of the dead time (Td) to the phase voltage (Vx, Vz) switching. It is characterized by setting an amount.

この構成では、前記デッドタイム(Td)の開始(すなわち一方のスイッチング素子(3a)のオンオフの状態の切り替わり)から相電圧が切り替わるまでの期間において変化する相電圧が考慮されて、前記出力電圧誤差の補償量が設定される。これにより、スイッチング素子のオンオフの状態が切り替わっても直ちに相電圧が切り替わらない場合にも、適切に補償量が決定される。   In this configuration, the output voltage error takes into account the phase voltage that changes in the period from the start of the dead time (Td) (that is, switching of the on / off state of one switching element (3a)) to the phase voltage switching. Is set. As a result, even when the phase voltage does not immediately switch even when the on / off state of the switching element is switched, the compensation amount is appropriately determined.

また、第の発明は
記スイッチング制御部(5)は、オン状態の前記スイッチング素子(3a)がオフ状態に切り替わってから該スイッチング素子(3a)と直列接続の前記スイッチング素子(3a)がオン状態になるまでの期間に変化した相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記補償量を設定することを特徴とする。
The first invention,
Before SL switching controller (5), the period the switching element in the ON state (3a) is from switched off until the switching element connected in series with the switching element (3a) (3a) is turned on The compensation amount is set in accordance with the phase voltage (Vx, Vz) changed to.

この構成では、オン状態のスイッチング素子(3a)(すなわち電流が流れているスイッチング素子(3a))がオフ状態に切り替わった後に、このスイッチング素子(3a)と対になるスイッチング素子(3a)がオンになると相電圧(Vx,Vz)が切り替わる場合がある。このような場合でも、オン状態のスイッチング素子(3a)がオフに切り替わってから該スイッチング素子(3a)と直列接続のスイッチング素子(3a)がオンになるまでの期間に変化した相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記補償量を設定することで、より正確な補償量の設定が可能になる。   In this configuration, the switching element (3a) that is paired with the switching element (3a) is turned on after the switching element (3a) in the on state (that is, the switching element (3a) in which current flows) is switched to the off state. In some cases, the phase voltage (Vx, Vz) may be switched. Even in such a case, the phase voltage (Vx, Vx, V) is changed during the period from when the switching element (3a) in the on state is switched off until the switching element (3a) connected in series with the switching element (3a) is turned on. By setting the compensation amount according to Vz), it becomes possible to set the compensation amount more accurately.

また、第の発明は、
1の発明の電力変換装置において、
前記補償量と前記相電流(Iu,Iw)との関係を示す、折れ線グラフ、近似曲線、又はテーブルを格納した記憶部(5a)を備え、
前記スイッチング制御部(5)は、前記記憶部(5a)に記憶された補償量に基づいて前記出力電圧誤差の補償を行うことを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the power converter of the first invention,
A storage unit (5a) that stores a line graph, an approximate curve, or a table indicating the relationship between the compensation amount and the phase current (Iu, Iw),
The switching control unit (5) compensates for the output voltage error based on a compensation amount stored in the storage unit (5a).

この構成では、記憶部(5a)に記憶された情報(例えば折れ線グラフで示された、前記補償量と前記相電流(Iu,Iw)との関係を示す情報)と、相電流(Iu,Iw)の大きさ等とを比較すれば補償量を求めることができる。   In this configuration, information stored in the storage unit (5a) (for example, information indicating a relationship between the compensation amount and the phase current (Iu, Iw) indicated by a line graph) and a phase current (Iu, Iw) The amount of compensation can be obtained by comparing the magnitude of

また、第の発明は、
第1又はの発明の電力変換装置において、
前記記憶部(5a)に記憶した補償量は、インバータ回路(3)における線間電圧に基づいて設定されたものであることを特徴とする。
In addition, the third invention,
In power conversion device of the first or second aspect of the invention,
The compensation amount stored in the storage unit (5a) is set based on the line voltage in the inverter circuit (3).

この構成では、前記補償量と相電流(Iu,Iw)との関係がより正確に設定され、これにより補償量をより適切に定めることが可能になる。 In this configuration, the relationship between the compensation amount and the phase current (Iu, Iw) is set more accurately, thereby making it possible to determine the compensation amount more appropriately.

また、第の発明は、
第1から第の発明のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記スイッチング制御部(5)は、相電流(Iu,Iw)の値が小さくなるにしたがって、前記補償量を低減、又は前記出力電圧誤差の補償を中止することを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In any one of the power converters according to the first to third aspects of the invention,
The switching control unit (5) is characterized in that the compensation amount is reduced or the compensation of the output voltage error is stopped as the value of the phase current (Iu, Iw) becomes smaller.

この構成では、スイッチング素子内に形成されたコンデンサ成分が出力電圧に影響を与えやすい条件下で、前記補正量が適切に設定される。   In this configuration, the correction amount is appropriately set under the condition that the capacitor component formed in the switching element easily affects the output voltage.

第1の発明によれば、デッドタイムが開始しても相電圧が切り替わらない場合にも、適切に補償量が決定されるので、電力変換装置において、目標値により近い出力電圧を得ることが可能になる。   According to the first invention, even when the phase voltage does not switch even when the dead time starts, the compensation amount is appropriately determined. Therefore, in the power converter, an output voltage closer to the target value can be obtained. become.

また、第の発明によれば、より正確に前記補償量を求めることが可能になり、より適正に出力電圧誤差の補償を行うことが可能になる。 Further, according to the first invention, the compensation amount can be obtained more accurately, and the output voltage error can be compensated more appropriately.

また、第の発明によれば、容易に前記補償量を求めることが可能になる。 Further, according to the second invention, the compensation amount can be easily obtained.

また、第の発明によれば、より正確に前記補償量を求めることが可能になるので、より適正に出力電圧誤差の補償を行うことが可能になる。 In addition, according to the third aspect of the invention, the amount of compensation can be obtained more accurately, so that the output voltage error can be compensated more appropriately.

また、第の発明によれば、相電流(Iu,Iw)が比較的小さい領域で、出力電圧が適正に制御され、目標値により近い出力電圧を得ることが可能になる。 According to the fourth aspect of the invention, the output voltage is appropriately controlled in a region where the phase currents (Iu, Iw) are relatively small, and an output voltage closer to the target value can be obtained.

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power converter according to an embodiment of the present invention. 図2は、(A)が、キャリア信号の1周期中に各スイッチング素子にそれぞれ与えるスイッチング指令の波形を例示した図であり、(B)は、前記スイッチング指令を印加した場合に想定される相電圧を示す図である。FIG. 2A is a diagram illustrating a waveform of a switching command given to each switching element during one period of the carrier signal, and FIG. 2B is a phase assumed when the switching command is applied. It is a figure which shows a voltage. 図3は、インバータ回路の出力電圧の目標値を示す電圧指令と実際の相電圧との差(誤差電圧)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a difference (error voltage) between the voltage command indicating the target value of the output voltage of the inverter circuit and the actual phase voltage. 図4は、スイッチング制御部で行う出力電圧誤差の補償の概念を説明するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram for explaining the concept of output voltage error compensation performed by the switching control unit.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

以下では、本発明の実施形態として、チラーを有した空気調和機に用いられる電力変換装置の例を説明する。チラーを有した空気調和機などの用途では、一般家庭用の空気調和機よりも大きな電流(例えば400Aの電流)を流す必要がある。本実施形態の電力変換装置でもこのような大きさの電流を取り扱う。   Below, the example of the power converter device used for the air conditioner with a chiller is demonstrated as embodiment of this invention. In applications such as an air conditioner having a chiller, it is necessary to pass a larger current (for example, a current of 400 A) than an air conditioner for home use. The power converter of this embodiment also handles such a current.

《電力変換装置の構成》
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置(1)の構成を示すブロック図である。この例では、電力変換装置(1)は、直流電源部(2)、インバータ回路(3)、検出部(4)、及びスイッチング制御部(5)を備えている。直流電源部(2)は、インバータ回路(3)に対し直流電力(電圧(Vdc))を供給するようになっている。また、インバータ回路(3)は、直流電源部(2)の出力を所定電圧の交流に変換して接続された負荷(例えばモータ(6))に出力するようになっている。図1において、モータ(6)は、インダクタンス成分(L)と直流抵抗成分(R)とで模式的に示してある。
<Configuration of power converter>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device (1) according to an embodiment of the present invention. In this example, the power conversion device (1) includes a DC power supply unit (2), an inverter circuit (3), a detection unit (4), and a switching control unit (5). The DC power supply unit (2) supplies DC power (voltage (Vdc)) to the inverter circuit (3). The inverter circuit (3) converts the output of the DC power supply unit (2) into an alternating current of a predetermined voltage and outputs it to a connected load (for example, the motor (6)). In FIG. 1, the motor (6) is schematically shown by an inductance component (L) and a DC resistance component (R).

本実施形態のインバータ回路(3)は、具体的には、複数のスイッチング素子(3a)がブリッジ結線されている。この例ではスイッチング素子(3a)は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)で形成されたスイッチング素子であり、それぞれのスイッチング素子(3a)には、還流ダイオード(3b)が逆並列接続されている。インバータ回路(3)では出力交流が単相交流であり、該インバータ回路(3)には4個のスイッチング素子(3a)が必要になる。すなわち、インバータ回路(3)は、2つのスイッチング素子(3a,3a)を互いに直流母線(P,N)(図1を参照)の間で直列接続してなるスイッチングレグ(L1,L2)を2組備え、2組のスイッチングレグ(L1,L2)が互いに並列に接続されてなるものである。各スイッチングレグ(L1,L2)の中間点(M1,M2)が単相交流の各相(U,W)に対応した出力ノード(Pu,Pw)であり、これらの出力ノード(Pu,Pw)にモータ(6)(負荷)が接続される。そして、インバータ回路(3)では、これらのスイッチング素子(3a)のオンオフ動作によって、直流電力を交流電力に変換し、各出力ノード(Pu,Pw)から前記負荷に出力する。   Specifically, in the inverter circuit (3) of the present embodiment, a plurality of switching elements (3a) are bridge-connected. In this example, the switching element (3a) is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) switching element, and a free-wheeling diode (3b) is connected in antiparallel to each switching element (3a). In the inverter circuit (3), the output alternating current is a single-phase alternating current, and the inverter circuit (3) requires four switching elements (3a). That is, the inverter circuit (3) has two switching legs (L1, L2) in which two switching elements (3a, 3a) are connected in series between DC buses (P, N) (see FIG. 1). Two sets of switching legs (L1, L2) are connected in parallel to each other. The intermediate points (M1, M2) of each switching leg (L1, L2) are output nodes (Pu, Pw) corresponding to each phase (U, W) of single-phase AC, and these output nodes (Pu, Pw) Is connected to the motor (6) (load). In the inverter circuit (3), the on / off operation of these switching elements (3a) converts the DC power into AC power and outputs the AC power from each output node (Pu, Pw).

検出部(4)は、インバータ回路(3)の所定箇所の電流あるいは電圧を検出し、出力交流の各相(U,W)の相電流(Iu,Iw)の向き及び大きさをスイッチング制御部(5)に出力するようになっている。なお、検出部(4)は、相(U,W)毎に電流や電圧を検出するように構成してもよいし、負側の直流母線(N)で電流(電圧)を測定し、その測定値から各相(U,W)の相電流値を演算して求めるようにしてもよい。   The detection unit (4) detects the current or voltage at a predetermined location of the inverter circuit (3), and determines the direction and magnitude of the phase current (Iu, Iw) of each phase (U, W) of the output AC. Output to (5). The detection unit (4) may be configured to detect current and voltage for each phase (U, W), or measure the current (voltage) with the negative DC bus (N), You may make it obtain | require by calculating the phase current value of each phase (U, W) from a measured value.

スイッチング制御部(5)は、インバータ回路(3)に対してPWM制御(PWM:Pulse Width Modulation)を行う。具体的には、スイッチング制御部(5)は、各スイッチング素子(3a)のゲートに印加するスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)を生成して各スイッチング素子(3a)のオンオフを制御する。このPWM制御では、直列接続のスイッチング素子(3a,3a)が同時にオンになって直流母線(P,N)間が短絡しないようするために、直列接続のスイッチング素子(3a,3a)の両方ともがオフの期間(いわゆるデッドタイム)を設けつつ、直列接続のスイッチング素子(3a)のオンオフの関係を逆転制御する。   The switching control unit (5) performs PWM control (PWM: Pulse Width Modulation) on the inverter circuit (3). Specifically, the switching control unit (5) generates a switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) to be applied to the gate of each switching element (3a) and controls on / off of each switching element (3a). . In this PWM control, both the series-connected switching elements (3a, 3a) are turned on so that the series-connected switching elements (3a, 3a) are simultaneously turned on and the DC buses (P, N) are not short-circuited. The reverse switching control of the on / off relationship of the serially connected switching elements (3a) is performed while providing a period during which is turned off (so-called dead time).

図2(A)は、キャリア信号の1周期(キャリア周期(Ts))中に各スイッチング素子(3a)にそれぞれ与えるスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)の波形を例示した図である。この図では、W相の相電流(Iw)が出力ノード(Pw)からモータ(6)(負荷)側に流れだす向きを正とし、該相電流(Iw)が正の場合(すなわち相電流(Iu)が負の場合)のスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)を例示している。図2(A)において、スイッチング指令(Tu)及びスイッチング指令(Tx)は、スイッチングレグ(L1)の上アーム側(直流母線(P)側)、及び下アーム側(直流母線(N)側)のスイッチング素子(3a)にそれぞれ与えるスイッチング指令である。同様に、スイッチング指令(Tw)及びスイッチング指令(Tz)は、スイッチングレグ(L2)の上アーム側、及び下アーム側のスイッチング素子(3a)にそれぞれ与えるスイッチング指令である。   FIG. 2A is a diagram exemplifying waveforms of switching commands (Tu, Tx, Tw, Tz) given to the respective switching elements (3a) during one period of the carrier signal (carrier period (Ts)). In this figure, the direction in which the W-phase phase current (Iw) flows from the output node (Pw) to the motor (6) (load) side is positive, and the phase current (Iw) is positive (that is, the phase current ( The switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) of (when Iu) is negative) is illustrated. In FIG. 2A, the switching command (Tu) and the switching command (Tx) are the upper arm side (DC bus (P) side) and the lower arm side (DC bus (N) side) of the switching leg (L1). Switching command given to each switching element (3a). Similarly, the switching command (Tw) and the switching command (Tz) are switching commands given to the switching element (3a) on the upper arm side and the lower arm side of the switching leg (L2), respectively.

図2(A)では、各スイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)がハイレベル(Hレベル)に表示されている期間は、そのスイッチング指令に対応したスイッチング素子(3a)がオンであり、逆に、スイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)がローレベル(Lレベル)に表示されている期間は、そのスイッチング指令に対応したスイッチング素子(3a)がオフである。図2(A)に示すように、このインバータ回路(3)では、スイッチング指令(Tu)は、スイッチング指令(Tx)の立下りから所定期間(デッドタイム(Td))経過後に立上がり、スイッチング指令(Tx)は、スイッチング指令(Tu)の立下りからデッドタイム(Td)だけ経過後に立上がっている。また、スイッチング指令(Tw)は、スイッチング指令(Tz)の立下りからデッドタイム(Td)だけ経過後に立上がり、スイッチング指令(Tz)は、スイッチング指令(Tw)の立下りからデッドタイム(Td)だけ経過後に立ち上がっている。すなわち、スイッチング制御部(5)は、デッドタイム(Td)を設けることによって、インバータ回路(3)において上下アーム間が短絡しないように制御している。   In FIG. 2A, during the period when each switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) is displayed at a high level (H level), the switching element (3a) corresponding to the switching command is on. Conversely, during the period when the switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) is displayed at the low level (L level), the switching element (3a) corresponding to the switching command is off. As shown in FIG. 2A, in this inverter circuit (3), the switching command (Tu) rises after a lapse of a predetermined period (dead time (Td)) from the falling edge of the switching command (Tx), and the switching command (Tu) Tx) rises after the dead time (Td) has elapsed from the fall of the switching command (Tu). Also, the switching command (Tw) rises after the dead time (Td) has elapsed since the falling of the switching command (Tz), and the switching command (Tz) only takes the dead time (Td) from the falling of the switching command (Tw). Stands up after the lapse. That is, the switching control unit (5) controls the upper and lower arms in the inverter circuit (3) so as not to short-circuit by providing a dead time (Td).

そして、この電力変換装置(1)では、スイッチング制御部(5)によって、デッドタイム(Td)を設けたことによる出力電圧誤差の補償機能を実現している。具体的には、スイッチング制御部(5)では、インバータ回路(3)の出力電圧の目標値を示す電圧指令(V*)を補正することによって、出力電圧誤差の補償を行う。本実実施形態では、この電圧指令(V*)の補償量の設定に特徴がある。   And in this power converter device (1), the switching control part (5) implement | achieves the compensation function of the output voltage error by having provided the dead time (Td). Specifically, the switching control unit (5) compensates for the output voltage error by correcting the voltage command (V *) indicating the target value of the output voltage of the inverter circuit (3). The present embodiment is characterized by setting the compensation amount of the voltage command (V *).

図2(B)は、図2(A)のスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)を印加した場合に想定される相電圧(Vx,Vz)を示す図である。より詳しくは、図2(B)では、実線が、従来の知見で想定される相電圧波形を示し、破線が、本願発明者が新たに知得した現象であり、本実施形態のように大きな電流を取り扱うインバータ回路(以下、大容量インバータ回路という)において想定される相電圧波形を示している。一般的にはインバータ回路では、本来ならば、スイッチング指令(Tx)がLレベルに切り替わると相電圧(Vx)が切り替わると考えられていた。しかしながら、インバータ回路(3)では、図2(B)に示すように、デッドタイム(Td)が開始しても(すなわち一方のスイッチング素子(3a)のオンオフの状態が切り替わっても)、直ちには相電圧(Vx)がVdc電圧へと切り替わっていない。図2(B)の例ではスイッチング指令(Tu)が立上がってから相電圧(Vx)が切り替わっている。同様に、スイッチング指令(Tw)をLレベルに切り換えると相電圧(Vz)がVdc電圧に切り替わるはずであるが、スイッチング指令(Tz)が立上がるまでは相電圧(Vz)が徐々に変化している。   FIG. 2B is a diagram showing phase voltages (Vx, Vz) that are assumed when the switching commands (Tu, Tx, Tw, Tz) of FIG. 2A are applied. More specifically, in FIG. 2B, the solid line indicates the phase voltage waveform assumed in the conventional knowledge, and the broken line is a phenomenon newly found by the inventor of the present application, which is as large as in this embodiment. The phase voltage waveform assumed in the inverter circuit (henceforth a high capacity | capacitance inverter circuit) which handles an electric current is shown. Generally, in an inverter circuit, it was originally considered that the phase voltage (Vx) is switched when the switching command (Tx) is switched to the L level. However, in the inverter circuit (3), as shown in FIG. 2 (B), even if the dead time (Td) starts (that is, even if the on / off state of one switching element (3a) is switched), Phase voltage (Vx) is not switched to Vdc voltage. In the example of FIG. 2B, the phase voltage (Vx) is switched after the switching command (Tu) rises. Similarly, when the switching command (Tw) is switched to the L level, the phase voltage (Vz) should be switched to the Vdc voltage, but the phase voltage (Vz) gradually changes until the switching command (Tz) rises. Yes.

このような現象が起こるのは、本実施形態のような大容量のスイッチング素子(3a)ではコレクタ・エミッタ間に存在するコンデンサの容量が比較的大きいため、相電流が小さく制御される場合(例えばスイッチング素子(3a)の定格の1/10程度に制御される場合)には、該コンデンサの電荷が相電圧に影響を及ぼすと考えられるからである。図3は、インバータ回路(3)に対する電圧指令(V*)と実際の相電圧との差(誤差電圧)を示す図である。図3に示すように、デッドタイム(Td)を設けたこと自体による誤差電圧(V-V*)は、相電流の大きさによらず概ね一定であると考えられる(図3における「デッドタイム(Td)相当の誤差電圧」を参照)。しかしながら、インバータ回路(3)では、図3に示すように、相電流の大きさに応じて変化している(図3における「大容量インバータ回路の誤差電圧」を参照)。この変化には種々の原因が考えられるが、比較的大電流を取り扱うインバータ回路(3)では、相電流値(Iu,Iw)が比較的小さく制御された場合には、デッドタイム(Td)の影響に加え、スイッチング素子(3a)のコレクタ・エミッタ間に存在するコンデンサの影響で、出力電圧の誤差を生ずるのである。   Such a phenomenon occurs when the phase current is controlled to be small because the capacitance of the capacitor existing between the collector and the emitter is relatively large in the large-capacity switching element (3a) as in this embodiment (for example, This is because the charge of the capacitor is considered to affect the phase voltage when the switching element (3a) is controlled to about 1/10 of the rating. FIG. 3 is a diagram showing a difference (error voltage) between the voltage command (V *) for the inverter circuit (3) and the actual phase voltage. As shown in FIG. 3, the error voltage (VV *) due to the provision of the dead time (Td) itself is considered to be substantially constant regardless of the magnitude of the phase current (“dead time (Td in FIG. 3)”. ) “Equivalent error voltage”). However, in the inverter circuit (3), as shown in FIG. 3, it changes according to the magnitude of the phase current (see “error voltage of large-capacity inverter circuit” in FIG. 3). There are various causes for this change. In the inverter circuit (3) that handles a relatively large current, if the phase current values (Iu, Iw) are controlled to be relatively small, the dead time (Td) In addition to the influence, an error of the output voltage is caused by the influence of the capacitor existing between the collector and the emitter of the switching element (3a).

前記の現象を発見した本願発明者は、前記デッドタイム(Td)の開始(スイッチング素子(3a)の切り替わり)から相電圧(Vx,Vz)が切り替わるまでの期間において変化する相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記出力電圧誤差の補償量を設定するようにスイッチング制御部(5)を構成したのである。とりわけ、オン状態のスイッチング素子(3a)がオフ状態に切り替わってから、該スイッチング素子(3a)と直列接続のスイッチング素子(3a)がオン状態になるまでの期間に変化した相電圧(Vx,Vz)を考慮して補償量を設定している。これは、インバータ回路(3)では、上アーム若しくは下アームのスイッチング素子(3a)のオフ状態に切り替わった後に、このスイッチング素子(3a)と対になるスイッチング素子(3a)がオン状態に切り替わることで相電圧(Vx,Vz)が切り替わることに起因している。例えば、図2の例では、W相(上アーム)のスイッチング素子(3a)がオフになってから、それと対になるZ相(下アーム)のスイッチング素子(3a)がオンになるまでの期間に相電圧(Vz)が徐々に変化し、Z相(下アーム)のスイッチング素子(3a)がオンなると相電圧(Vz)が切り替わっている。そこで、この例では、W相のスイッチング素子(3a)がオン状態(すなわち相電流が流れている状態)からオフ状態に切り替わってから、Z相のスイッチング素子(3a)がオンになるまでの期間に変化した相電圧(Vz)を考慮して補償量を設定している。このようにすることで、より正確な補償量の設定が可能になる。   The inventor of the present application who discovered the phenomenon described above, the phase voltage (Vx, Vz) that changes in the period from the start of the dead time (Td) (switching of the switching element (3a)) until the phase voltage (Vx, Vz) switches. ), The switching control unit (5) is configured to set the compensation amount of the output voltage error. In particular, the phase voltage (Vx, Vz) changed in the period from when the switching element (3a) in the on state is switched to the off state until the switching element (3a) connected in series with the switching element (3a) is turned on. ) Is taken into account when setting the compensation amount. In the inverter circuit (3), after the switching element (3a) of the upper arm or the lower arm is switched to the off state, the switching element (3a) paired with the switching element (3a) is switched to the on state. This is because the phase voltage (Vx, Vz) is switched. For example, in the example of FIG. 2, the period from when the W-phase (upper arm) switching element (3a) is turned off until the Z-phase (lower arm) switching element (3a) is turned on. When the phase voltage (Vz) gradually changes and the Z-phase (lower arm) switching element (3a) is turned on, the phase voltage (Vz) is switched. Therefore, in this example, the period from when the W-phase switching element (3a) is switched from the ON state (that is, the phase current is flowing) to the OFF state until the Z-phase switching element (3a) is turned on. The compensation amount is set in consideration of the phase voltage (Vz) that has changed to. In this way, a more accurate compensation amount can be set.

本実施形態では、スイッチング制御部(5)は、前記補償量と前記相電流との関係を示す情報を格納した記憶部(5a)(例えば不揮発性メモリ)を備え、検出部(4)から得た相電流値及び相電流の向きの情報と、該記憶部(5a)の情報とを考慮して補償量を決定するようになっている(具体的な動作は後述する)。この「補償量と相電流との関係を示す情報」を用いれば、デッドタイム(Td)の開始から相電圧(Vx,Vz)が切り替わるまでの期間において変化する相電圧(Vx,Vz)に応じて、補償量を設定することができる。この例では、記憶部(5a)に格納しておく情報は、電力変換装置(1)において採用する実際のデッドタイム(Td)で、種々の目標電圧に対してスイッチングを行って予め測定した相電圧に基づいて、前記補償量と前記相電流との関係を示す折れ線グラフの各ポイントを求めて設定している。図3から分かるように、相電流が小さいほど誤差電圧が小さくなっているので、相電流が小さくなるにつれて、補償量は小さくなる。このように電力変換装置(1)の実際の運転状態で相電圧を測定することで、デッドタイム(Td)が開始してから相電圧が切り替わるまでの間に変化した相電圧も考慮されて、補償量が設定されることになる。なお、相電圧を測定する場合には、線間電圧(図1の例ではVxとVzの差)を検出できるように測定するのが好ましい。また、インバータ回路(3)の特性によっては、補償量がゼロ、すなわち出力電圧誤差の補償を中止するという制御を、スイッチング制御部(5)において行ってもよい。   In this embodiment, the switching control unit (5) includes a storage unit (5a) (for example, a nonvolatile memory) that stores information indicating the relationship between the compensation amount and the phase current, and is obtained from the detection unit (4). The compensation amount is determined in consideration of the information on the phase current value and the direction of the phase current and the information in the storage unit (5a) (specific operation will be described later). Using this “information indicating the relationship between compensation amount and phase current”, depending on the phase voltage (Vx, Vz) that changes in the period from the start of the dead time (Td) to the phase voltage (Vx, Vz) switching The compensation amount can be set. In this example, the information stored in the storage unit (5a) is the actual dead time (Td) adopted in the power conversion device (1), and the phases measured in advance by switching to various target voltages. Based on the voltage, each point of the line graph indicating the relationship between the compensation amount and the phase current is obtained and set. As can be seen from FIG. 3, since the error voltage decreases as the phase current decreases, the compensation amount decreases as the phase current decreases. By measuring the phase voltage in the actual operating state of the power converter (1) in this way, the phase voltage that has changed between the start of the dead time (Td) and the phase voltage switching is also taken into account, A compensation amount is set. When measuring the phase voltage, it is preferable to measure so that the line voltage (difference between Vx and Vz in the example of FIG. 1) can be detected. Further, depending on the characteristics of the inverter circuit (3), the switching control unit (5) may perform control such that the compensation amount is zero, that is, the compensation of the output voltage error is stopped.

なお、記憶部(5a)に格納する、前記補償量と前記相電流との関係を示す情報は、近似曲線やテーブルの形で格納してもよい。また、スイッチング素子の電圧降下を加味して相電圧の補正を行うようにスイッチング制御部(5)を構成してもよい。この場合には、電圧降下による補償量も、相電流が小さくなるにつれて低減するようにするのが好ましい。   The information indicating the relationship between the compensation amount and the phase current stored in the storage unit (5a) may be stored in the form of an approximate curve or a table. The switching control unit (5) may be configured to correct the phase voltage in consideration of the voltage drop of the switching element. In this case, the compensation amount due to the voltage drop is preferably reduced as the phase current decreases.

《電力変換装置(1)の出力電圧誤差の補償動作》
図4は、スイッチング制御部(5)で行う出力電圧誤差の補償の概念を説明するブロック図である。本実施形態のスイッチング制御部(5)は、電圧指令としてVdef(n+1)が与えられると、まず、検出部(4)の情報(現在の相電流値(I(n))及び相電流の向き)を用いて、次に目標とする電流値I(n+1)を求める。次に、スイッチング制御部(5)は、求めた電流値I(n+1)と、記憶部(5a)の情報とを比較し補償量を決定する。そして、スイッチング制御部(5)は、その補正値をVdef(n+1)に加算した値を新たな電圧指令(V*)として求め、インバータ回路(3)に与えるスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)を生成するのである。この新たな電圧指令(V*)により、スイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)のデューティー比が決定されることになる。このスイッチング指令(Tu,Tx,Tw,Tz)により、インバータ回路(3)にて各スイッチング素子(3a)のスイッチングが行われると、補正された相電圧(Vx,Vz)で各出力ノード(Pu,Pw)から交流電力が負荷(モータ(6))に供給される。
<< Compensation for output voltage error of power converter (1) >>
FIG. 4 is a block diagram for explaining the concept of output voltage error compensation performed by the switching controller (5). When Vdef (n + 1) is given as a voltage command, the switching control unit (5) of the present embodiment first detects information (current phase current value (I (n)) and direction of phase current of the detection unit (4). ) To obtain the next target current value I (n + 1). Next, the switching control unit (5) compares the obtained current value I (n + 1) with information stored in the storage unit (5a) to determine a compensation amount. Then, the switching control unit (5) obtains a value obtained by adding the correction value to Vdef (n + 1) as a new voltage command (V *), and gives the switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) is generated. By this new voltage command (V *), the duty ratio of the switching command (Tu, Tx, Tw, Tz) is determined. When each switching element (3a) is switched in the inverter circuit (3) by this switching command (Tu, Tx, Tw, Tz), each output node (Pu) is corrected with the corrected phase voltage (Vx, Vz). , Pw), AC power is supplied to the load (motor (6)).

《本実施形態の効果》
以上のように、電力変換装置(1)では、相電流の向きに加え、相電流の大きさも検出し、前記デッドタイム(Td)の開始から相電圧が切り替わるまでの期間において変化する相電圧を考慮して補償量を決定している。これにより、スイッチング素子(3a)のオンオフの状態が切り替わっても相電圧が切り替わらない場合に、適正に出力電圧誤差の補償を行うことが可能になる。したがって、本実施形態によれば、目標値により近い出力電圧(相電圧(Vx,Vz))を得ることが可能になる。
<< Effect of this embodiment >>
As described above, in the power converter (1), in addition to the direction of the phase current, the magnitude of the phase current is also detected, and the phase voltage that changes in the period from the start of the dead time (Td) to the phase voltage switching is determined. The compensation amount is determined in consideration. This makes it possible to appropriately compensate for the output voltage error when the phase voltage does not switch even when the on / off state of the switching element (3a) is switched. Therefore, according to this embodiment, an output voltage (phase voltage (Vx, Vz)) closer to the target value can be obtained.

《その他の実施形態》
なお、インバータ回路(3)の回路構成は例示であり、他の回路構成を有した、出力電圧誤差の補償を行う電力変換装置に対しても適用が可能である。すなわち、本発明は、スイッチング素子のオンオフの状態が切り替わっても相電圧が切り替わらないという現象の発生が想定されるインバータ回路に対して有用である。
<< Other Embodiments >>
Note that the circuit configuration of the inverter circuit (3) is an example, and the present invention can be applied to a power conversion device that has other circuit configurations and compensates for an output voltage error. That is, the present invention is useful for an inverter circuit in which a phenomenon that the phase voltage does not switch even when the on / off state of the switching element is switched is assumed.

また、インバータ回路(3)は三組のスイッチングレグを設けて、三相交流を出力するように構成してもよい。   Further, the inverter circuit (3) may be configured to provide three sets of switching legs to output a three-phase alternating current.

また、インバータ回路(3)で取り扱う電流の大きさも例示である。   The magnitude of the current handled by the inverter circuit (3) is also an example.

本発明は、いわゆるデッドタイムに起因する出力電圧誤差の補償機能を有した電力変換装置として有用である。   The present invention is useful as a power converter having a function of compensating for an output voltage error caused by so-called dead time.

1 電力変換装置
3 インバータ回路
3a スイッチング素子
5 スイッチング制御部
5a 記憶部
6 モータ(負荷)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 3 Inverter circuit 3a Switching element 5 Switching control part 5a Memory | storage part 6 Motor (load)

Claims (4)

入力電力をスイッチングして所定の交流電力に変換する電力変換装置において、
前記入力電力が供給される母線(P,N)間で直列接続されたスイッチング素子(3a,3a)の組を複数有して前記交流電力を所定の負荷(6)に供給するインバータ回路(3)と、
前記直列接続のスイッチング素子(3a,3a)の両方がオフの期間であるデッドタイム(Td)を設けつつ、該直列接続されたスイッチング素子(3a,3a)のオンオフの関係を逆転制御するとともに、前記デッドタイム(Td)を設けたことによる前記インバータ回路(3)の出力電圧誤差を補償するスイッチング制御部(5)と、
を備え、
前記スイッチング制御部(5)は、前記デッドタイム(Td)の開始から相電圧(Vx,Vz)が切り替わるまでの期間において変化する相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記出力電圧誤差の補償量を設定するものであって、オン状態の前記スイッチング素子(3a)がオフ状態に切り替わってから該スイッチング素子(3a)と直列接続の前記スイッチング素子(3a)がオン状態になるまでの期間に変化した相電圧(Vx,Vz)に応じて、前記補償量を設定することを特徴とする電力変換装置。
In a power conversion device that switches input power and converts it into predetermined AC power,
An inverter circuit (3) having a plurality of sets of switching elements (3a, 3a) connected in series between buses (P, N) to which the input power is supplied and supplying the AC power to a predetermined load (6) )When,
While providing a dead time (Td) in which both of the series-connected switching elements (3a, 3a) are off, the on-off relationship of the series-connected switching elements (3a, 3a) is controlled in reverse. A switching control unit (5) for compensating an output voltage error of the inverter circuit (3) due to the provision of the dead time (Td);
With
The switching control unit (5) compensates for the output voltage error according to a phase voltage (Vx, Vz) that changes in a period from the start of the dead time (Td) to the phase voltage (Vx, Vz) switching. In the period from when the switching element (3a) in the on state is switched to the off state until the switching element (3a) connected in series with the switching element (3a) is in the on state A power conversion device characterized in that the compensation amount is set according to the changed phase voltage (Vx, Vz).
請求項1の電力変換装置において、
前記補償量と相電流(Iu,Iw)との関係を示す、折れ線グラフ、近似曲線、又はテーブルを格納した記憶部(5a)を備え、
前記スイッチング制御部(5)は、前記記憶部(5a)に記憶された補償量に基づいて前記出力電圧誤差の補償を行うことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device of Claim 1 ,
A storage unit (5a) storing a line graph, an approximate curve, or a table indicating the relationship between the compensation amount and the phase current (Iu, Iw),
The switching control unit (5) compensates for the output voltage error based on a compensation amount stored in the storage unit (5a).
請求項1又は請求項2の電力変換装置において、
前記記憶部(5a)に記憶した補償量は、インバータ回路(3)における線間電圧に基づいて設定されたものであることを特徴とする電力変換装置。
In power converter according to claim 1 or claim 2,
The compensation amount stored in the storage unit (5a) is set based on the line voltage in the inverter circuit (3).
請求項1から請求項のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記スイッチング制御部(5)は、相電流(Iu,Iw)の値が小さくなるにしたがって、前記補償量を低減、又は前記出力電圧誤差の補償を中止することを特徴とする電力変換装置。
In any one power converter device in any one of Claims 1-3 ,
The switching control unit (5) reduces the compensation amount or stops the compensation of the output voltage error as the phase current (Iu, Iw) becomes smaller.
JP2010011640A 2010-01-22 2010-01-22 Power converter Expired - Fee Related JP5471498B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010011640A JP5471498B2 (en) 2010-01-22 2010-01-22 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010011640A JP5471498B2 (en) 2010-01-22 2010-01-22 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011151974A JP2011151974A (en) 2011-08-04
JP5471498B2 true JP5471498B2 (en) 2014-04-16

Family

ID=44538435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010011640A Expired - Fee Related JP5471498B2 (en) 2010-01-22 2010-01-22 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5471498B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018191410A (en) * 2017-05-01 2018-11-29 三菱電機株式会社 Controller of electric motor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0795773A (en) * 1993-07-28 1995-04-07 Meidensha Corp Dead time compensating circuit
JPH09140161A (en) * 1995-11-13 1997-05-27 Mitsubishi Electric Corp Inverter device
JP2006025499A (en) * 2004-07-06 2006-01-26 Favess Co Ltd Motor controller
JP4493432B2 (en) * 2004-07-26 2010-06-30 東芝エレベータ株式会社 Inverter control device
JP2007215278A (en) * 2006-02-08 2007-08-23 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd Control device of power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011151974A (en) 2011-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4942569B2 (en) Power converter
JP5683760B2 (en) Power converter
US9130481B2 (en) Power converting appartatus
JP6247034B2 (en) CONVERTER DEVICE, FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME, CONVERTER DEVICE CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE
US9496802B2 (en) Inverter device
US20150311800A1 (en) Power converting apparatus, control device, and method for controlling power converting apparatus
JP2010142074A (en) Power converter control unit
JP2013005573A (en) Control device for ac motor, and refrigeration and air conditioning device using the same
JP6816307B1 (en) Abnormality detection method for power supply and AC power supply
CA3000606C (en) Electric power control method and electric power control device
JP4672392B2 (en) Inverter device
JP2019080465A (en) Current detector
KR101915991B1 (en) Power transforming apparatus and air conditioner including the same
JP5302905B2 (en) Power converter
JP5471498B2 (en) Power converter
JP2010154726A (en) Method of controlling power converter
US20130193762A1 (en) Three-level power converting apparatus
JP5895704B2 (en) Power converter
JP5136102B2 (en) Uninterruptible power system
JP5223521B2 (en) Power converter
JP2019075869A (en) Three-phase inverter device
JP2012235584A (en) Power conversion apparatus
JP7356212B2 (en) Control device for power converter
JP6702210B2 (en) Power converter
JP2005269723A (en) Motor drive controller

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121005

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20121011

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130911

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140120

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees