JP5493783B2 - Three-phase inverter device - Google Patents

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Description

この発明は、例えば太陽電池、燃料電池等の直流電源からの直流電力を交流電力に変換するものであって、ヒステリシスコンパレータ方式の制御を採用している3相インバータ装置に関する。この3相インバータ装置は、例えば、変換した交流電力を商用の電力系統に連系させる運転(これを連系運転と呼ぶ。以下同様)を行わせること等に用いることができる。   The present invention relates to a three-phase inverter device that converts a DC power from a DC power source such as a solar cell or a fuel cell into an AC power and employs a hysteresis comparator control. This three-phase inverter device can be used, for example, for performing an operation for connecting the converted AC power to a commercial power system (this is referred to as a “interconnection operation”).

この種の3相インバータ装置の従来例を図13に示す。この3相インバータ装置は、直流電源2からの直流電力を3相の交流電力に変換して出力する3相インバータ回路4と、この3相インバータ回路4を制御するヒステリシスコンパレータ方式制御回路14とを備えている。符号3は直流の入力端子、符号11は3相交流の出力端子である。この3相インバータ装置は、いわゆる3相3線式の装置である。   A conventional example of this type of three-phase inverter device is shown in FIG. The three-phase inverter device includes a three-phase inverter circuit 4 that converts DC power from the DC power source 2 into three-phase AC power and outputs the output, and a hysteresis comparator control circuit 14 that controls the three-phase inverter circuit 4. I have. Reference numeral 3 denotes a DC input terminal, and reference numeral 11 denotes a three-phase AC output terminal. This three-phase inverter device is a so-called three-phase three-wire device.

3相インバータ回路4は、3相ブリッジ接続された六つのスイッチング素子S1 〜S6 を有している。各スイッチング素子S1 〜S6 は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )であるが、これに限られるものではない。各スイッチング素子S1 〜S6 には、通常は図示例のように、負荷インダクタンスに蓄えられているエネルギーを直流電源に帰還させるための帰還ダイオード(還流ダイオード、環流ダイオード、フリーホイールダイオードとも呼ぶ)D1 〜D6 が逆向きに並列接続されている。 The three-phase inverter circuit 4 has six switching elements S 1 to S 6 connected in a three-phase bridge. Each of the switching elements S 1 to S 6 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), but is not limited thereto. Each of the switching elements S 1 to S 6 usually has a feedback diode (also referred to as a freewheeling diode, a freewheeling diode, or a freewheeling diode) for returning the energy stored in the load inductance to the DC power supply, as shown in the illustrated example. D 1 to D 6 are connected in parallel in the reverse direction.

ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14は、PWM(パルス幅変調)制御の一種であるヒステリシスコンパレータ方式によって3相インバータ回路4を制御する。即ち、3相インバータ回路4の各相の出力電流IU 、IV 、IW を、各相用の正弦波の電流指令値に対して所定のヒステリシス幅以内に制御するゲート信号G1 〜G6 を作成して、それを3相インバータ回路4の各スイッチング素子S1 〜S6 に供給する。 The hysteresis comparator system control circuit 14 controls the three-phase inverter circuit 4 by a hysteresis comparator system which is a kind of PWM (pulse width modulation) control. That is, the gate signals G 1 to G for controlling the output currents I U , I V , I W of each phase of the three-phase inverter circuit 4 within a predetermined hysteresis width with respect to the current command value of the sine wave for each phase. 6 is prepared and supplied to the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4.

ヒステリシスコンパレータ方式は、例えば特許文献1にも記載されているように公知の技術である。その原理を、以下に簡単に説明する。   The hysteresis comparator method is a known technique as described in Patent Document 1, for example. The principle will be briefly described below.

U相を例に取ると、図14に示すように、ヒステリシスコンパレータ方式は、出力電流IU が、正弦波(図14では拡大しているために直線に見えるが実際は正弦波である)の電流指令値ICUに対して所定のヒステリシス幅±ΔIH 以内に収まるように、U相のスイッチング素子S1 に供給するゲート信号G1 のオン・オフを制御するものである。同じ相の下側のスイッチング素子S2 に供給するゲート信号G2 は、上記ゲート信号G1 とはオン・オフが反対になるように制御される。即ち、電源短絡を避けるために、同じ相のスイッチング素子S1 、S2 はデッドタイムを設けるとともにオン・オフ動作が互いに反対になるように制御される。 Taking the U phase as an example, as shown in FIG. 14, in the hysteresis comparator system, the output current I U is a sine wave current (which is actually a sine wave although it looks straight because it is enlarged in FIG. 14). The gate signal G 1 supplied to the U-phase switching element S 1 is controlled to be turned on / off so that it falls within a predetermined hysteresis width ± ΔI H with respect to the command value I CU . The gate signal G 2 supplied to the lower switching element S 2 in the same phase is controlled so that the on / off state is opposite to the gate signal G 1 . That is, in order to avoid a power supply short circuit, the switching elements S 1 and S 2 of the same phase are controlled so as to provide a dead time and to turn on / off operations opposite to each other.

V相、W相についても、U相の電流指令値ICUからそれぞれ120度、240度だけ位相の遅れた正弦波の電流指令値を用いて、上記と同様の制御が行われる。 For the V-phase and the W-phase, the same control as described above is performed using a sinusoidal current command value whose phase is delayed by 120 degrees and 240 degrees from the U-phase current command value I CU , respectively.

再び図13を参照して、3相インバータ回路4の出力部は、この例では、高調波成分除去用のフィルタを構成する三つのリアクトル8および三つのコンデンサ10を経由して、商用3相の電力系統12に接続されている。各リアクトル8は各相に直列に接続されており、各コンデンサ10は各相間に並列に接続されている。各相の出力電流IU 、IV 、IW は変流器6を用いて計測され、電力系統12の線間電圧VUV、VVW、VWUは図示しない計器用変圧器等を用いて計測されて、それぞれヒステリシスコンパレータ方式制御回路14に供給され、上記制御に供される。 Referring to FIG. 13 again, in this example, the output section of the three-phase inverter circuit 4 is connected to a commercial three-phase circuit via three reactors 8 and three capacitors 10 constituting a filter for removing harmonic components. It is connected to the power system 12. Each reactor 8 is connected in series to each phase, and each capacitor 10 is connected in parallel between the phases. The output currents I U , I V , and I W of each phase are measured using the current transformer 6, and the line voltages V UV , V VW , and V WU of the power system 12 are measured using an instrument transformer (not shown). Each of the measured values is supplied to the hysteresis comparator control circuit 14 for the above control.

特開2008−167524号公報(段落0093−0106、図12−13)JP 2008-167524 A (paragraphs 0093-0106, FIGS. 12-13)

上記従来の3相インバータ装置においては、U相を例に取ると図15に示す例のように、出力電流IU の正・負のピーク付近においても、ゲート信号G1 がオン・オフを繰り返して(a、b部参照)、スイッチング素子S1 のスイッチングが行われている。同じ相のスイッチング素子S2 についても同様である。また他の相のスイッチング素子S3 〜S6 についても同様である。なお、この図15は、出力電流(振幅)が40A、ヒステリシス幅が±1Aの例である(図16、図6〜図8の例も同様)。 In the conventional three-phase inverter device, when the U phase is taken as an example, the gate signal G 1 is repeatedly turned on and off even near the positive and negative peaks of the output current I U as shown in the example shown in FIG. (Refer to the parts a and b), switching of the switching element S 1 is performed. The same applies to the switching element S 2 of the same phase. The same applies to the switching elements S 3 to S 6 of other phases. FIG. 15 is an example in which the output current (amplitude) is 40 A and the hysteresis width is ± 1 A (the same applies to the examples in FIGS. 16 and 6 to 8).

スイッチング素子S1 〜S6 がスイッチングを行うと必ずスイッチング損失が発生し、しかも電流が大きいときのスイッチング損失は大きくなるので、上記のように電流ピーク付近においてスイッチングが行われている分、スイッチング損失が増えて、インバータの効率が低下するという課題がある。 When the switching elements S 1 to S 6 perform switching, a switching loss always occurs, and the switching loss increases when the current is large. Therefore, the switching loss is equivalent to the amount of switching performed near the current peak as described above. Increases the efficiency of the inverter.

また、出力電流IU 〜IW を制御するための、計測器を含めた制御系(具体的には上記変流器6、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14等を含めた制御系)には、オフセット(残留偏差)が存在する。そのために、出力電流IU 〜IW に直流分が重畳される。これの一例を、U相を例に図16に示す。 Further, a control system including a measuring instrument (specifically, a control system including the current transformer 6 and the hysteresis comparator control circuit 14) for controlling the output currents I U to I W is offset. (Residual deviation) exists. Therefore, a direct current component is superimposed on the output currents I U to I W. An example of this is shown in FIG. 16 taking the U phase as an example.

図16の例では、上記オフセットによって、出力電流IU に直流分が重畳して、出力電流IU 全体が正側に僅かにシフトしている。このとき、出力電流IU の負のピーク付近(c部参照)では、出力電流IU の絶対値が本来の値より小さくて(即ち正側にあって)、前記ヒステリシスコンパレータ方式の制御におけるヒステリシス幅の上限値+ΔIH を超える頻度が高くなるので、ゲート信号G1 が頻繁にオン・オフを繰り返してスイッチング素子S1 のスイッチングが行われる(d部参照)。同じ相のスイッチング素子S2 についても同様である。上記例とは逆に出力電流IU が負側にシフトしている場合は、出力電流IU の正のピーク付近においてゲート信号G1 が頻繁にオン・オフを繰り返してスイッチング素子S1 のスイッチングが行われる。上記のようなことは他の相のスイッチング素子S3 〜S6 についても同様である。 In the example of FIG. 16, by the offset, the DC component is superimposed on the output current I U, the entire output current I U is slightly shifted to the positive side. At this time, in the vicinity of the negative peak of the output current I U (see part c), the absolute value of the output current I U is smaller than the original value (that is, on the positive side), and the hysteresis in the control of the hysteresis comparator system is performed. Since the frequency of exceeding the upper limit value + ΔI H of the width increases, the switching of the switching element S 1 is performed by frequently turning on and off the gate signal G 1 (refer to the part d). The same applies to the switching element S 2 of the same phase. Contrary to the above example, when the output current I U is shifted to the negative side, the gate signal G 1 is frequently turned on and off in the vicinity of the positive peak of the output current I U to switch the switching element S 1 . Is done. The above also applies to the switching elements S 3 to S 6 of other phases.

スイッチング素子S1 〜S6 がオフセットの存在によって上記のように余分なスイッチングを行うと、上述したように、その分スイッチング損失が増えるので、インバータの効率が更に低下する。 When the switching elements S 1 to S 6 perform extra switching as described above due to the presence of an offset, as described above, the switching loss increases accordingly, so that the inverter efficiency further decreases.

そこでこの発明は、ヒステリシスコンパレータ方式制御の3相インバータ装置において、上記のようなスイッチング損失を低減させてインバータの高効率化を可能にすることを主たる目的としている。   In view of this, the main object of the present invention is to reduce the switching loss as described above in a three-phase inverter device controlled by a hysteresis comparator system, thereby enabling high efficiency of the inverter.

この発明に係る3相インバータ装置は、商用3相の電力系統に接続されて当該電力系統と連系運転を行う3相インバータ装置であって、3相ブリッジ接続された六つのスイッチング素子を有していて、直流電力を交流電力に変換する3相インバータ回路と、前記3相インバータ回路の各相の出力電流を、各相用の正弦波の電流指令値に対して所定のヒステリシス幅以内に制御するゲート信号を作成して、それを前記3相インバータ回路の各スイッチング素子に供給するヒステリシスコンパレータ方式制御回路とを備えている3相インバータ装置において、前記各相用の電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路からのゲート信号に依らずに、前記3相インバータ回路の前記電流指令値に対応する各相の上側のスイッチング素子を強制的にオンさせると共に下側のスイッチング素子を強制的にオフさせ、かつ前記各相用の電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路からのゲート信号に依らずに、前記3相インバータ回路の前記電流指令値に対応する各相の下側のスイッチング素子を強制的にオンさせると共に上側のスイッチング素子を強制的にオフさせる制御を行う強制オン制御回路を備えており、前記強制オン制御回路は、(a)前記電力系統の少なくとも1相の相電圧の位相を求めると共に、当該求めた電力系統の相電圧の位相に、当該3相インバータ装置を動作させる所望の力率を加味することにより、当該力率に応じた前記各相用の電流指令値の位相を求め、当該求めた各相用の電流指令値の位相を前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路に指令する位相決定手段と、(b)当該位相決定手段によって求めた前記電力系統の相電圧の位相に基づいて、前記3相インバータ回路のスイッチング素子を前記のとおり強制的にオンおよびオフさせる前記制御を行う強制制御手段とを有している、ことを特徴としている。 The three-phase inverter device according to the present invention is a three-phase inverter device that is connected to a commercial three-phase power system and performs a linked operation with the power system, and has six switching elements connected in a three-phase bridge. And controlling the output current of each phase of the three-phase inverter circuit within a predetermined hysteresis width with respect to the current command value of the sine wave for each phase. In a three-phase inverter device comprising a hysteresis comparator system control circuit that creates a gate signal to be generated and supplies the gate signal to each switching element of the three-phase inverter circuit, a positive-side current command value for each phase The current command of the three-phase inverter circuit is not dependent on the gate signal from the hysteresis comparator control circuit for a predetermined period including the time point of the peak value. A switching element on the upper side of each phase corresponding to the value is forcibly turned on and a switching element on the lower side is forcibly turned off, and includes a time point of a negative peak value of the current command value for each phase For the period only, the lower switching element of each phase corresponding to the current command value of the three-phase inverter circuit is forcibly turned on and does not depend on the gate signal from the hysteresis comparator control circuit. A forced on control circuit that performs control to forcibly turn off the power, and the forced on control circuit obtains (a) the phase of at least one phase voltage of the power system, and By adding the desired power factor for operating the three-phase inverter device to the phase of the phase voltage, the phase of the current command value for each phase corresponding to the power factor is obtained. Phase determining means for instructing the hysteresis comparator system control circuit to determine the phase of the current command value for each phase obtained, and (b) based on the phase of the phase voltage of the power system obtained by the phase determining means, And a forcible control means for performing the control to forcibly turn on and off the switching elements of the three-phase inverter circuit as described above .

この3相インバータ装置においては、強制オン制御回路によって、各相用の電流指令値のピーク値の時点を含む所定期間だけ、当該各相のスイッチング素子を、スイッチングさせずに強制的にオンさせるので、当該所定期間においてスイッチング損失が発生するのを防止することができる。制御系にオフセットが存在している場合も同様であり、上記所定期間においてスイッチング損失が発生するのを防止することができる。   In this three-phase inverter device, the forced on control circuit forcibly turns on the switching elements of each phase for a predetermined period including the time point of the peak value of the current command value for each phase without switching. Thus, it is possible to prevent a switching loss from occurring during the predetermined period. The same applies to the case where there is an offset in the control system, and it is possible to prevent the occurrence of switching loss in the predetermined period.

前記所定期間は、例えば、位相の幅で表して60度の期間である。   The predetermined period is, for example, a period of 60 degrees represented by a phase width.

この発明に係る3相インバータ装置は、(A)前記3相インバータ回路の各スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードと、(B)前記3相インバータ回路の各相の出力部にそれぞれ直列に接続されたリアクトルと、(C)前記3相インバータ回路の入力側に設けられていて、前記3相インバータ回路に供給するインバータ入力直流電圧の大きさを変化させる入力電圧可変回路と、(D)(a)前記3相インバータ回路のスイッチング素子を強制的にオンさせている相以外の2相の内のいずれか1相についての前記電力系統の相電圧と前記リアクトルの両端電圧とに基づいて当該1相についての前記3相インバータ回路の出力相電圧の絶対値を算出し、(b)当該出力相電圧の絶対値を√3倍して前記3相インバータ回路の出力線間電圧の絶対値を算出し、(c)当該出力線間電圧の絶対値に、前記帰還ダイオード1個の順電圧降下および前記スイッチング素子1個のオン時の内部電圧降下を加算することによって、前記3相インバータ回路に供給すべき前記インバータ入力直流電圧の指令値を算出し、(d)かつ前記入力電圧可変回路から出力する前記インバータ入力直流電圧が前記指令値になるように前記入力電圧可変回路を制御する入力電圧制御回路と、を更に備えていても良い。
The three-phase inverter device according to the present invention includes : ( A) a feedback diode connected in antiparallel to each switching element of the three-phase inverter circuit; and (B) an output unit of each phase of the three-phase inverter circuit. (C) an input voltage variable circuit that is provided on the input side of the three-phase inverter circuit and changes the magnitude of the inverter input DC voltage supplied to the three-phase inverter circuit; ) (A) Based on the phase voltage of the power system and the voltage across the reactor for any one of the two phases other than the phase in which the switching element of the three-phase inverter circuit is forcibly turned on The absolute value of the output phase voltage of the three-phase inverter circuit for the one phase is calculated, and (b) the absolute value of the output phase voltage is multiplied by √3 to Calculating an absolute value of the output line voltage, and (c) adding a forward voltage drop of one feedback diode and an internal voltage drop of the switching element when the switching element is turned on to the absolute value of the output line voltage. To calculate a command value of the inverter input DC voltage to be supplied to the three-phase inverter circuit, and (d) and the input so that the inverter input DC voltage output from the input voltage variable circuit becomes the command value. And an input voltage control circuit for controlling the voltage variable circuit.

前記入力電圧可変回路は、例えば、DC−DCコンバータである。   The input voltage variable circuit is, for example, a DC-DC converter.

請求項1、2に記載の発明によれば、強制オン制御回路によって、各相用の電流指令値のピーク値の時点を含む所定期間だけ、当該各相のスイッチング素子を、スイッチングさせずに強制的にオンさせるので、当該所定期間においてスイッチング損失が発生するのを防止することができる。制御系にオフセットが存在している場合も同様であり、上記所定期間においてスイッチング損失が発生するのを防止することができる。このようにしてスイッチング損失を低減させることができるので、インバータの高効率化が可能になる。   According to the first and second aspects of the present invention, the forced on-control circuit forcibly switches the switching element of each phase without switching it for a predetermined period including the time point of the peak value of the current command value for each phase. Therefore, switching loss can be prevented from occurring during the predetermined period. The same applies to the case where there is an offset in the control system, and it is possible to prevent the occurrence of switching loss in the predetermined period. Since the switching loss can be reduced in this way, the inverter can be made highly efficient.

また、従来技術では出力電流のピーク付近ではスイッチング素子のスイッチング周波数が低くなるが、その最低スイッチング周波数の決定は困難であり、従って3相インバータ回路の出力側に設けられる高調波成分除去用のフィルタのカットオフ周波数の設定が難しく、フィルタ設計が難しかった。これに対して、この発明によれば、スイッチング周波数が低くなる出力電流のピーク付近では、即ち出力電流のピーク時点を含む所定期間では、スイッチング素子をスイッチングさせないので、最低スイッチング周波数の決定が容易になり、従ってフィルタのカットオフ周波数の算出が容易になり、フィルタ設計が容易になる。またカットオフ周波数を従来よりも高くすることができるので、フィルタを構成するリアクトルおよびコンデンサの小型化が可能になる。   In the prior art, the switching frequency of the switching element is low near the peak of the output current, but it is difficult to determine the minimum switching frequency. Therefore, a filter for removing harmonic components provided on the output side of the three-phase inverter circuit. It was difficult to set the cut-off frequency, and the filter design was difficult. On the other hand, according to the present invention, the switching element is not switched in the vicinity of the peak of the output current where the switching frequency becomes low, that is, in a predetermined period including the peak point of the output current, so that the minimum switching frequency can be easily determined. Accordingly, calculation of the filter cutoff frequency is facilitated, and filter design is facilitated. Further, since the cut-off frequency can be made higher than before, the reactor and the capacitor constituting the filter can be reduced in size.

また、各スイッチング素子の両端には、通常、当該スイッチング素子による電流遮断時にサージ電圧(ターンオフサージ電圧)が発生し、かつ同じアームの反対側のスイッチング素子のオン動作時に流れる逆回復電流の回復時にもサージ電圧(リカバリサージ電圧)が発生し、しかもこれらのサージ電圧は、出力電流の値が大きいときにスイッチングすると大きくなることが従来から知られている。これに対して、この発明によれば、上記のように出力電流の大きいときは、即ち出力電流のピーク時点を含む所定期間は、スイッチング素子をスイッチングさせないので、各スイッチング素子の両端に発生する上記サージ電圧(ターンオフサージ電圧およびリカバリサージ電圧)を小さく抑制することが可能になる。これによって例えば、各スイッチング素子にサージ電圧対策用に付加しているスナバ回路を構成するコンデンサ容量を小さくする、ひいてはコンデンサを削減することができる。   In addition, a surge voltage (turn-off surge voltage) is normally generated at both ends of each switching element when the current is interrupted by the switching element, and when the reverse recovery current flowing when the switching element on the opposite side of the same arm is turned on is recovered. It has been conventionally known that surge voltages (recovery surge voltages) are generated, and these surge voltages become large when switching is performed when the value of the output current is large. On the other hand, according to the present invention, when the output current is large as described above, that is, during the predetermined period including the peak time of the output current, the switching elements are not switched. Surge voltages (turn-off surge voltage and recovery surge voltage) can be suppressed to be small. As a result, for example, the capacity of the capacitor constituting the snubber circuit added to each switching element as a countermeasure against surge voltage can be reduced, and thus the number of capacitors can be reduced.

請求項3、4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、入力電圧制御回路および入力電圧可変回路によってインバータ入力直流電圧を上記のように制御することによって、インバータ入力直流電圧を、連系電力系統の線間電圧に適した値に制御することができるので、各相の出力電流の正・負のピーク付近において、スイッチング素子をスイッチングさせずにオンさせているオン期間を、上記強制オン制御回路によって強制的にオンさせている期間よりも広げることができる。従ってその分、スイッチング損失を更に低減させることができるので、インバータの更なる高効率化が可能になる。   According to invention of Claim 3, 4, there exists the following further effect. That is, by controlling the inverter input DC voltage as described above by the input voltage control circuit and the input voltage variable circuit, the inverter input DC voltage can be controlled to a value suitable for the line voltage of the interconnection power system. Therefore, in the vicinity of the positive and negative peaks of the output current of each phase, the on period during which the switching element is turned on without switching can be made longer than the period during which the forced on control circuit forcibly turns on. it can. Accordingly, the switching loss can be further reduced by that amount, so that the inverter can be further improved in efficiency.

この発明に係る3相インバータ装置の一実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an embodiment of a three-phase inverter device according to the present invention. 図1中のヒステリシスコンパレータ方式制御回路および強制オン制御回路の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a hysteresis comparator control circuit and a forced on control circuit in FIG. 1. 図1等におけるゲート信号出力回路の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a gate signal output circuit in FIG. 1 and the like. スイッチング素子の制御モードの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control mode of a switching element. 図1等における強制オン制御回路の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of the forced ON control circuit in FIG. 図1に示す実施形態においてU相上側のスイッチング素子に供給されるゲート信号およびU相出力電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation waveform of the gate signal and U-phase output current which are supplied to the switching element of a U-phase upper side in embodiment shown in FIG. 従来の3相インバータ装置における出力電流指令値とスイッチング素子のスイッチング周波数との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the output current command value and the switching frequency of a switching element in the conventional three-phase inverter apparatus. 図1に示す実施形態における出力電流指令値とスイッチング素子のスイッチング周波数との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the output electric current command value in the embodiment shown in FIG. 1, and the switching frequency of a switching element. 図1中のヒステリシスコンパレータ方式制御回路および強制オン制御回路の構成の他の例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing another example of the configuration of the hysteresis comparator control circuit and the forced on control circuit in FIG. 1. この発明に係る3相インバータ装置の他の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows other embodiment of the three-phase inverter apparatus based on this invention. 図10中のヒステリシスコンパレータ方式制御回路、強制オン制御回路および入力電圧制御回路の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the hysteresis comparator system control circuit in FIG. 10, a forced ON control circuit, and an input voltage control circuit. 図10に示す実施形態において各相上側のスイッチング素子に供給されるゲート信号および各相出力電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation waveform of the gate signal and each phase output current which are supplied to the switching element of each phase upper side in embodiment shown in FIG. 従来の3相インバータ装置の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional three-phase inverter apparatus. ヒステリシスコンパレータ方式制御の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of a hysteresis comparator system control. 図13に示す従来装置においてU相上側のスイッチング素子に供給されるゲート信号およびU相出力電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the simulation waveform of the gate signal and U phase output current which are supplied to the switching element of the U phase upper side in the conventional apparatus shown in FIG. 図13に示す従来装置において、制御系にオフセットが存在する場合に、U相上側のスイッチング素子に供給されるゲート信号およびU相出力電流のシミュレーション波形の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of simulation waveforms of a gate signal and a U-phase output current supplied to a switching element on the upper side of the U phase when an offset exists in the control system in the conventional apparatus illustrated in FIG. 13. 図10中の3相インバータ回路周りを抜き出すと共に、各スイッチング素子の状態の一例をスイッチ記号で示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a state of each switching element with a switch symbol while extracting the periphery of the three-phase inverter circuit in FIG. 10. 図17の状態における各電圧及び各電流のベクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vector of each voltage and each current in the state of FIG.

(1)スイッチング素子を強制オン制御する実施形態
図1に、この発明に係る3相インバータ装置の一実施形態を示す。図13に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
(1) Embodiment in which switching element is forcibly turned on FIG. 1 shows an embodiment of a three-phase inverter device according to the present invention. Portions that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

この実施形態の3相インバータ装置は、前述した3相インバータ回路4と、前述したヒステリシスコンパレータ方式制御回路14とほぼ同様の機能を有するヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aと、このヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aと3相インバータ回路4との間に設けられていて、3相インバータ回路4のスイッチング素子S1 〜S6 を強制的にオン・オフさせる制御を行う強制オン制御回路16とを備えている。その他の構成は、図13に示したものと同様である。 The three-phase inverter device of this embodiment includes a three-phase inverter circuit 4 described above, a hysteresis comparator control circuit 14a having substantially the same function as the hysteresis comparator control circuit 14, and the hysteresis comparator control circuit 14a. A forced-on control circuit 16 is provided between the three-phase inverter circuit 4 and forcibly turns on / off the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4. Other configurations are the same as those shown in FIG.

詳細は図2を参照して後述するが、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aは、3相インバータ回路4の各相の出力電流IU 、IV 、IW を、各相用の正弦波の電流指令値に対して所定のヒステリシス幅以内に制御するゲート信号を作成して、それを3相インバータ回路4の各スイッチング素子S1 〜S6 に供給するものである。 Although details will be described later with reference to FIG. 2, the hysteresis comparator control circuit 14 a uses the output currents I U , I V , I W of each phase of the three-phase inverter circuit 4 as sine wave current commands for each phase. A gate signal that is controlled within a predetermined hysteresis width with respect to the value is created and supplied to the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4.

強制オン制御回路16は、上記各相用の電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aからのゲート信号に依らずに、3相インバータ回路4の上記電流指令値に対応する各相の上側のスイッチング素子S1 、S3 またはS5 を強制的にオンさせると共に同じ相の下側のスイッチング素子S2 、S4 またはS6 を強制的にオフさせ、かつ上記各相用の電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aからのゲート信号に依らずに、3相インバータ回路4の上記電流指令値に対応する各相の下側のスイッチング素子S2 、S4 またはS6 を強制的にオンさせると共に同じ相の上側のスイッチング素子S1 、S3 またはS5 を強制的にオフさせる制御を行うものである。 The forced-on control circuit 16 does not depend on the gate signal from the hysteresis comparator control circuit 14a for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value for each phase. The upper switching element S 1 , S 3 or S 5 of each phase corresponding to the current command value is forcibly turned on and the lower switching element S 2 , S 4 or S 6 of the same phase is forcibly turned off And the current command value of the three-phase inverter circuit 4 for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value for each phase without depending on the gate signal from the hysteresis comparator control circuit 14a. The switching elements S 2 , S 4 or S 6 on the lower side of each phase corresponding to are forcibly turned on, and the upper switching elements S 1 , S 3 or S 5 of the same phase are forcibly turned off. Control is performed.

上記所定期間は、例えば、位相の幅で表して60度の期間である。この場合の各スイッチング素子S1 〜S6 のオン・オフの状態を表した制御モードM1 〜M6 を図4、表1にまとめて示す。もっとも、上記所定期間は、60度の期間に限られるものではなく、0度よりも大きくかつ60度以下の期間であれば良い。 The predetermined period is, for example, a period of 60 degrees represented by a phase width. FIG. 4 and Table 1 collectively show control modes M 1 to M 6 representing the on / off states of the switching elements S 1 to S 6 in this case. But the said predetermined period is not restricted to a period of 60 degree | times, What is necessary is just a period larger than 0 degree | times and below 60 degree | times.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

つまり、強制オン制御回路16によって3相の内の1相のスイッチング素子の強制的なオン・オフ制御を行い、残りの2相のスイッチング素子についてはヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aによってスイッチング制御を行う。   That is, forcible on / off control of one of the three-phase switching elements is performed by the forced on-control circuit 16, and switching control is performed on the remaining two-phase switching elements by the hysteresis comparator control circuit 14a.

上記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14a、強制オン制御回路16の構成の一例を図2に示す。この図2は、3相インバータ回路4の出力部を上記商用3相の電力系統12に接続して連系運転を行う場合の例である。   An example of the configuration of the hysteresis comparator control circuit 14a and the forced on control circuit 16 is shown in FIG. FIG. 2 is an example in the case where the output part of the three-phase inverter circuit 4 is connected to the commercial three-phase power system 12 to perform the interconnection operation.

ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aは、この例では、相電圧変換回路22、電流指令値作成回路24、ヒステリシス幅設定器26、ヒステリシス上限値演算回路28、ヒステリシス下限値演算回路30、比較器32、34およびゲート信号作成回路36を有している。比較器32と34とでヒステリシスコンパレータを構成している。   In this example, the hysteresis comparator control circuit 14a includes the phase voltage conversion circuit 22, the current command value creation circuit 24, the hysteresis width setter 26, the hysteresis upper limit value calculation circuit 28, the hysteresis lower limit value calculation circuit 30, and the comparators 32 and 34. And a gate signal generation circuit 36. The comparators 32 and 34 constitute a hysteresis comparator.

相電圧変換回路22は、3相の電力系統12の線間電圧VUV、VVW、VWUを計測して、それらを相電圧VU 、VV 、VW に変換する。相電圧の位相情報を電流指令値作成回路24で用いるためである。 The phase voltage conversion circuit 22 measures line voltages V UV , V VW , V WU of the three-phase power system 12 and converts them to phase voltages V U , V V , V W. This is because the phase information of the phase voltage is used in the current command value creation circuit 24.

電流指令値作成回路24は、相電圧変換回路22から与えられる各相電圧VU 、VV 、VW の位相の情報と、外部から指令される電流振幅IP とに基づいて、3相の出力電流IU 、IV 、IW 用の正弦波の電流指令値ICU、ICV、ICWを作成して出力する。電流振幅IP は3相に共通である。なお、3相交流では周知のようにU相、V相、W相の位相は、それぞれ120度ずつ遅れているだけであるから、1相の相電圧(例えばU相の相電圧VU )の位相を検出し、それより120度ずつ遅らせることでV相とW相の位相を算出するようにしても良い。 The current command value generation circuit 24 is configured to output three-phase signals based on the phase information of each phase voltage V U , V V , V W given from the phase voltage conversion circuit 22 and the current amplitude I P commanded from the outside. It generates and outputs sinusoidal current command values I CU , I CV , and I CW for the output currents I U , I V , and I W. The current amplitude I P is common to the three phases. As is well known in the case of three-phase alternating current, the phases of the U phase, the V phase, and the W phase are only delayed by 120 degrees each, so that the phase voltage of one phase (for example, the phase voltage V U of the U phase) The phase of the V phase and the W phase may be calculated by detecting the phase and delaying the phase by 120 degrees.

ヒステリシス幅設定器26は、前述した(図14参照)ヒステリシス幅ΔIH を設定する。これはこの例では3相に共通である。 The hysteresis width setting unit 26 sets the hysteresis width ΔI H described above (see FIG. 14). This is common to the three phases in this example.

ヒステリシス上限値演算回路28は、次式に従って、3相のヒステリシス上限値IHU、IHV、IHWを演算して出力する。 The hysteresis upper limit calculation circuit 28 calculates and outputs three-phase hysteresis upper limit values I HU , I HV , and I HW according to the following equation.

[数1]
HU=ICU+ΔIH
HV=ICV+ΔIH
HW=ICW+ΔIH
[Equation 1]
I HU = I CU + ΔI H
I HV = I CV + ΔI H
I HW = I CW + ΔI H

ヒステリシス下限値演算回路30は、次式に従って、3相のヒステリシス下限値ILU、ILV、ILWを演算して出力する。 The hysteresis lower limit value calculation circuit 30 calculates and outputs three-phase hysteresis lower limit values I LU , I LV , and I LW according to the following equations.

[数2]
LU=ICU−ΔIH
LV=ICV−ΔIH
LW=ICW−ΔIH
[Equation 2]
I LU = I CU -ΔI H
I LV = I CV -ΔI H
I LW = I CW −ΔI H

比較器32は、変流器6を用いて計測した3相インバータ回路4の出力電流IU 、IV 、IW と、ヒステリシス上限値演算回路28からのヒステリシス上限値IHU、IHV、IHWとをそれぞれ比較して、U相を例に説明すると、出力電流IU がヒステリシス上限値IHUよりも大きくなるとスイッチング素子S1 をオフさせかつスイッチング素子S2 をオンさせるゲート信号GS1 、GS2 をゲート信号作成回路36から出力させるような信号を出力する(図14も参照)。V相、W相についても同様である。 The comparator 32 outputs the output currents I U , I V , I W of the three-phase inverter circuit 4 measured using the current transformer 6, and the hysteresis upper limit values I HU , I HV , I from the hysteresis upper limit value calculation circuit 28. Compared with HW , the U phase will be described as an example. When the output current I U becomes larger than the hysteresis upper limit value I HU, the gate signal GS 1 that turns off the switching element S 1 and turns on the switching element S 2 . A signal that causes GS 2 to be output from the gate signal generation circuit 36 is output (see also FIG. 14). The same applies to the V phase and the W phase.

比較器34は、変流器6を用いて計測した3相インバータ回路4の出力電流IU 、IV 、IW と、ヒステリシス下限値演算回路30からのヒステリシス下限値ILU、ILV、ILWとをそれぞれ比較して、U相を例に説明すると、出力電流IU がヒステリシス下限値ILUよりも小さくなるとスイッチング素子S1 をオンさせかつスイッチング素子S2 をオフさせるゲート信号GS1 、GS2 をゲート信号作成回路36から出力させるような信号を出力する(図14も参照)。V相、W相についても同様である。 The comparator 34 measures the output currents I U , I V , I W of the three-phase inverter circuit 4 measured using the current transformer 6 and the hysteresis lower limit values I LU , I LV , I W from the hysteresis lower limit calculation circuit 30. Comparing LW with each other and explaining the U phase as an example, when the output current I U becomes smaller than the hysteresis lower limit value I LU, the gate signal GS 1 that turns on the switching element S 1 and turns off the switching element S 2 . A signal that causes GS 2 to be output from the gate signal generation circuit 36 is output (see also FIG. 14). The same applies to the V phase and the W phase.

ゲート信号作成回路36は、比較器32および34からの信号に基づいて、3相インバータ回路4の各スイッチング素子S1 〜S6 をそれぞれオン・オフさせるゲート信号GS1 〜GS6 を作成して出力する。各ゲート信号GS1 〜GS6 は、論理値1または0を取るパルス信号である。この場合、前述したようにU相を例に説明すると、同じU相のスイッチング素子S1 、S2 はオン・オフ動作が互いに逆になるように、ゲート信号GS1 、GS2 の論理値は互いに逆にする。V相、W相についても同様である。 The gate signal generating circuit 36, based on a signal from the comparator 32 and 34, to create a gate signal GS 1 ~GS 6 to respectively turn on and off the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4 Output. Each of the gate signals GS 1 to GS 6 is a pulse signal that takes a logical value 1 or 0. In this case, as described above, taking the U phase as an example, the logic values of the gate signals GS 1 and GS 2 are set so that the switching elements S 1 and S 2 of the same U phase are turned on and off. Reverse each other. The same applies to the V phase and the W phase.

なお、上記ゲート信号GS1 〜GS6 は、後述するゲート信号出力回路44を経由して、ゲート信号G1 〜G6 に変換されて各スイッチング素子S1 〜S6 に供給される。この場合、この実施形態では、ゲート信号出力回路44においてはゲート信号GS2 、GS4 、GS6 のみを用い、それらの逆論理のゲート信号GS1 、GS3 、GS5 に相当するゲート信号はゲート信号出力回路44において作成するようにしているので、即ちヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aの機能の一部をゲート信号出力回路44に持たせているので、ゲート信号作成回路36においては上記ゲート信号GS2 、GS4 、GS6 のみを作成するようにしても良い。 Incidentally, the gate signal GS 1 ~GS 6, via a gate signal output circuit 44 to be described later, is supplied is converted into the gate signal G 1 ~G 6 to each of the switching elements S 1 to S 6. In this case, in this embodiment, only the gate signals GS 2 , GS 4 , and GS 6 are used in the gate signal output circuit 44, and the gate signals corresponding to the gate signals GS 1 , GS 3 , and GS 5 of the inverse logic are used. Since the gate signal output circuit 44 generates the signal, that is, the gate signal output circuit 44 has a part of the function of the hysteresis comparator control circuit 14a. 2 , only GS 4 and GS 6 may be created.

上記制御によって、3相インバータ回路4から出力する各相の出力電流IU 、IV 、IW は、各相用の正弦波の電流指令値ICU、ICV、ICWに対して所定のヒステリシス幅±ΔIH 以内に収まるように制御される。これが前述したヒステリシスコンパレータ方式制御の詳細である。 With the above control, the output currents I U , I V , I W of each phase output from the three-phase inverter circuit 4 are predetermined with respect to the sine wave current command values I CU , I CV , I CW for each phase. It is controlled so as to be within the hysteresis width ± ΔI H. This is the details of the hysteresis comparator system control described above.

強制オン制御回路16は、この例では、比較器38、カウンタ40、位相決定回路41、強制制御信号作成回路42およびゲート信号出力回路44を有している。   In this example, the forced-on control circuit 16 includes a comparator 38, a counter 40, a phase determination circuit 41, a forced control signal generation circuit 42, and a gate signal output circuit 44.

図5も参照して、比較器38は、相電圧変換回路22からの1相の相電圧(この例ではU相電圧VU )を0V(ボルト)の基準値と比較して、相電圧VU が負のときに論理値1を出力し、0V以上のときに論理値0を出力する。 Referring also to FIG. 5, the comparator 38 compares the one-phase phase voltage (in this example, the U-phase voltage V U ) from the phase voltage conversion circuit 22 with a reference value of 0 V (volts), and the phase voltage V When U is negative, a logical value 1 is output, and when U is 0 V or higher, a logical value 0 is output.

カウンタ40は、相電圧VU の一周期ごとに、即ち比較器38の出力の一周期ごとに、比較器38の出力の立下りエッジ時点から、その立下りエッジ時点のカウント値を0にして、カウントを開始する。 The counter 40 sets the count value at the falling edge time to 0 from the falling edge time point of the output of the comparator 38 every cycle of the phase voltage V U , that is, every cycle of the output of the comparator 38. Start counting.

位相決定回路41は、ここでは一例として、予めカウンタ40でカウントした一周期分のカウント値を用いて、その値を360で割って1度当たりのカウント値を算出しておく。そしてカウンタ40の現在のカウント値に上記1度当たりのカウント値を掛けることにより、相電圧VU の現在の位相[度]を求める。更に、当該3相インバータ装置を動作させる所望の力率を加味することにより、当該力率に応じた電流指令値ICUの位相(これは出力電流IU の位相と同じである)を求める。例えば力率1ならば、相電圧VU と電流指令値ICUとは同じ位相になる。V相、W相の位相は、U相の位相からそれぞれ120度ずつ遅らせることにより求める。 Here, as an example, the phase determination circuit 41 uses a count value for one cycle previously counted by the counter 40 and divides the value by 360 to calculate a count value per degree. Then by multiplying the count value of the current count per the once value of the counter 40 to determine the current phase of the phase voltage V U [degrees]. Further, by adding a desired power factor for operating the three-phase inverter device, the phase of the current command value I CU corresponding to the power factor (this is the same as the phase of the output current I U ) is obtained. For example, if the power factor is 1, the phase voltage V U and the current command value I CU are in the same phase. The phases of the V phase and the W phase are obtained by delaying each by 120 degrees from the phase of the U phase.

強制制御信号作成回路42は、位相決定回路41で求めた位相に基づいて、現在の位相が、3相インバータ回路4のスイッチング素子S1 〜S6 を強制的にオン・オフさせる上記制御モードM1 〜M6 (図4、表1参照)の内のどの制御モードにあるかを判定して、その判定した制御モードでスイッチング素子S1 〜S6 を図4、表1 に示すように強制的にオン・オフさせることを実現する強制制御信号CS1 〜CS6 を作成して出力する。スイッチング素子S1 、S2 用の強制制御信号CS1 、CS2 を例に取ると、図4からも分かるように、強制制御信号CS1 、CS2 は、制御モードM2 ではそれぞれ論理値1、0となり、制御モードM5 ではそれぞれ論理値0、1となり、それ以外の制御モードではそれぞれ論理値0、0となる(表2も参照)。スイッチング素子S3 〜S6 用の強制制御信号CS3 〜CS6 についても同様に図4から分かる。この強制制御信号CS1 〜CS6 の各制御モードM1 〜M6 における論理値の状態を表2にまとめて示す。 The compulsory control signal generation circuit 42 is configured to control the switching mode M in which the current phase forcibly turns on / off the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4 based on the phase obtained by the phase determination circuit 41. 1 to M 6 (refer to FIG. 4, Table 1) is determined, and the switching elements S 1 to S 6 are forced as shown in FIG. 4 and Table 1 in the determined control mode. Forcible control signals CS 1 to CS 6 that realize turning on and off are generated and output. Taking the switching element S 1, the forced control signal CS 1 for S 2, CS 2 as an example, as can be seen from Figure 4, the forced control signal CS 1, CS 2, the control mode M in 2 each logical value 1 , 0, the control mode M in 5 respectively next logical values 0 and 1, respectively the logical values 0, 0 in the other control mode (see also Table 2). Similarly be seen from Figure 4 also forced control signal CS 3 to CS 6 for switching element S 3 to S 6. Table 2 summarizes the logical value states of the forced control signals CS 1 to CS 6 in the control modes M 1 to M 6 .

Figure 0005493783
Figure 0005493783

ゲート信号出力回路44は、ゲート信号作成回路36からのゲート信号GS1 〜GS6 と、強制制御信号作成回路42からの強制制御信号CS1 〜CS6 とに基づいて、スイッチング素子を強制的にオン・オフさせる制御モードでは強制制御信号CS1 〜CS6 の論理値と同じ論理値のゲート信号G1 〜G6 を出力し、それ以外の制御モードではゲート信号GS1 〜GS6 の論理値と同じ論理値のゲート信号G1 〜G6 を出力する。 The gate signal output circuit 44 forces the switching elements based on the gate signals GS 1 to GS 6 from the gate signal creation circuit 36 and the forced control signals CS 1 to CS 6 from the forced control signal creation circuit 42. in the control mode to be turned on and off by a gate signal G 1 ~G 6 of the same logical value as the logical value of the forced control signal CS 1 to CS 6, the logic value of the gate signal GS 1 ~GS 6 in the other control modes The gate signals G 1 to G 6 having the same logical value as the above are output.

このゲート信号出力回路44の構成の一例を図3に示す。このゲート信号出力回路44は、互いに同じ構成の回路45a〜45cをU相、V相、W相用に一つずつ有している。U相を例に説明すると、U相用の回路45aは、強制制御信号CS1 が入力されるNOT回路52と、強制制御信号CS2 およびゲート信号GS2 が入力されるOR回路54と、このNOT回路52、OR回路54の出力が入力されるAND回路56と、このAND回路56の出力が入力されるNOT回路58とを有している。AND回路56の出力がゲート信号G1 であり、NOT回路58の出力がゲート信号G2 である。このU相用の回路45aの論理値の状態を表3にまとめて示す。 An example of the configuration of the gate signal output circuit 44 is shown in FIG. The gate signal output circuit 44 includes circuits 45a to 45c having the same configuration for U phase, V phase, and W phase. To explain U-phase as an example, the circuit 45a for the U-phase includes a NOT circuit 52 to force the control signal CS 1 is input, the forced control signal CS 2 and the gate signal OR circuit 54 GS 2 is input, the It has an AND circuit 56 to which the outputs of the NOT circuit 52 and the OR circuit 54 are input, and a NOT circuit 58 to which the output of the AND circuit 56 is input. The output of the AND circuit 56 is a gate signal G 1, output of the NOT circuit 58 is a gate signal G 2. Table 3 summarizes the logical value states of the U-phase circuit 45a.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

この表3からも分かるように、このU相用の回路45aからは、U相のスイッチング素子S1 、S2 を強制的にオン・オフさせる制御モードM2 、M5 では強制制御信号CS1 、CS2 の論理値と同じ論理値のゲート信号G1 、G2 を出力し、それ以外の制御モードではゲート信号GS2 の論理値と同じ論理値のゲート信号G2 およびそれと逆論理のゲート信号G1 を出力する。 As can be seen from Table 3, the U-phase circuit 45a provides a forced control signal CS 1 in the control modes M 2 and M 5 forcing the U-phase switching elements S 1 and S 2 on and off. , and outputs a gate signal G 1, G 2 of the same logical value as the logical value of CS 2, the gate of the gate signals G 2 and therewith reverse logic of the same logical value as the logical value of the gate signal GS 2 is in the other control modes and it outputs the signal G 1.

ゲート信号出力回路44を構成するV相用およびW相用の回路45b、45cについても同様である。   The same applies to the V-phase and W-phase circuits 45 b and 45 c constituting the gate signal output circuit 44.

即ち、V相用の回路45bは、V相のスイッチング素子S3 、S4 を強制的にオン・オフさせる制御モードM1 、M4 では強制制御信号CS3 、CS4 の論理値と同じ論理値のゲート信号G3 、G4 を出力し、それ以外の制御モードではゲート信号GS4 の論理値と同じ論理値のゲート信号G4 およびそれと逆論理のゲート信号G3 を出力する。 That is, the V-phase circuit 45b has the same logic value as the logical values of the forced control signals CS 3 and CS 4 in the control modes M 1 and M 4 forcing the V-phase switching elements S 3 and S 4 on and off. outputs gate signals G 3, G 4 value, and outputs a gate signal G 4 and its opposite logic of the gate signal G 3 having the same logical value as the logical value of the gate signal GS 4 in the other control mode.

W相用の回路45cは、W相のスイッチング素子S5 、S6 を強制的にオン・オフさせる制御モードM3 、M6 では強制制御信号CS5 、CS6 の論理値と同じ論理値のゲート信号G5 、G6 を出力し、それ以外の制御モードではゲート信号GS6 の論理値と同じ論理値のゲート信号G6 およびそれと逆論理のゲート信号G5 を出力する。 The W-phase circuit 45c has the same logical value as that of the forced control signals CS 5 and CS 6 in the control modes M 3 and M 6 forcibly turning on and off the W-phase switching elements S 5 and S 6 . outputs gate signals G 5, G 6, and outputs a gate signal G 5 of the gate signals G 6 and its opposite logic of the same logical value as the logical value of the gate signal GS 6 in the other control mode.

以上のように、この3相インバータ装置においては、強制オン制御回路16によって、各相用の電流指令値ICU〜ICWのピーク値の時点を含む所定期間だけ、当該各相のスイッチング素子を、スイッチングさせずに強制的にオンさせるので、当該所定期間においてスイッチング損失が発生するのを防止することができる。 As described above, in the three-phase inverter device, the forced-on control circuit 16 causes the switching elements of the respective phases to be applied for a predetermined period including the peak value of the current command values I CU to I CW for each phase. Since the switch is forcibly turned on without switching, it is possible to prevent a switching loss from occurring during the predetermined period.

そのシミュレーション結果の一例を図6に示す。これはU相のものである。この例では、U相電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間T1 だけゲート信号G1 を論理値1にしてスイッチング素子S1 を強制的にオンさせており(その間は前述したようにスイッチング素子S2 は強制的にオフさせる)、U相電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間T2 だけゲート信号G1 を論理値0にしてスイッチング素子S1 を強制的にオフさせている(その間は前述したようにスイッチング素子S2 は強制的にオンさせる)。これが図15に示した従来例と大きく異なる点である。 An example of the simulation result is shown in FIG. This is for the U phase. In this example, the switching element S 1 is forcibly turned on by setting the gate signal G 1 to a logical value 1 only for a predetermined period T 1 including the time point of the positive peak value of the U-phase current command value (in the meantime, The switching element S 2 is forcibly turned off as described above), and the gate signal G 1 is set to a logical value 0 for a predetermined period T 2 including the time point of the negative peak value of the U-phase current command value, thereby switching the switching element S 1 It is forcedly turned off (during which the switching element S 2 as described above is forcibly turned on). This is a significant difference from the conventional example shown in FIG.

上記所定期間T1 、T2 以外においては、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aの制御によってスイッチング素子S1 、S2 のスイッチング制御を行っている。また上記所定期間T1 、T2 中も、残りの2相(V相、W相)においては、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aの制御によってスイッチング素子S3 〜S6 のスイッチング制御を行っている。 Except for the predetermined periods T 1 and T 2 , switching control of the switching elements S 1 and S 2 is performed under the control of the hysteresis comparator control circuit 14a. Further, during the predetermined periods T 1 and T 2 , in the remaining two phases (V phase and W phase), the switching control of the switching elements S 3 to S 6 is performed by the control of the hysteresis comparator control circuit 14a.

上記のような強制オン制御を行っても、図6に示すように、設定どおりの振幅(この例では40A)の正弦波状の出力電流IU を出力することができている。この点は図15に示した従来例と大差はない。 Even if the forced on control as described above is performed, as shown in FIG. 6, a sinusoidal output current I U having a set amplitude (40 A in this example) can be output. This is not much different from the conventional example shown in FIG.

V相、W相についても上記と同様である。   The same applies to the V phase and the W phase.

また、前述したように制御系にオフセットが存在していても、当該オフセットの存在によって従来はスイッチングを行っていたピーク付近の期間(図16中のc、d部参照)において、この発明に係る3相インバータ装置では上記のようにスイッチング素子を強制的にオンさせるので、オフセットの存在によるスイッチングを防止することができる。従って、その分、スイッチング損失が発生するのを防止することができる。   In addition, even if there is an offset in the control system as described above, the present invention relates to the present invention in a period near the peak that has been conventionally switched due to the presence of the offset (see portions c and d in FIG. 16). In the three-phase inverter device, since the switching element is forcibly turned on as described above, switching due to the presence of the offset can be prevented. Therefore, it is possible to prevent switching loss from occurring accordingly.

以上のようにして、この発明に係る3相インバータ装置によれば、スイッチング損失を低減させることができるので、インバータの高効率化が可能になる。   As described above, according to the three-phase inverter device according to the present invention, the switching loss can be reduced, so that the efficiency of the inverter can be increased.

また、従来技術では出力電流のピーク付近では、図15に示した例のように、スイッチング素子のスイッチング周波数が低くなるが、その最低スイッチング周波数の決定は困難であった。これを、U相を例にシミュレーション結果を用いて説明すると、図7に示すように、従来技術では電流指令値ICU(これはU相の出力電流に相当する。以下同様)の正・負のピーク付近では、非常に低い周波数領域までスイッチングを行っている。V相、W相についても同様である。そのために最低スイッチング周波数の決定が困難であり、従って3相インバータ回路4の出力側に設けられる高調波成分除去用のフィルタ(これは上記リアクトル8およびコンデンサ10で構成されている)のカットオフ周波数の設定が難しく、フィルタ設計が難しかった。 In the prior art, the switching frequency of the switching element is lowered near the peak of the output current as in the example shown in FIG. 15, but it is difficult to determine the minimum switching frequency. This will be described with reference to simulation results using the U phase as an example. As shown in FIG. 7, in the conventional technique, the current command value I CU (which corresponds to the output current of the U phase; the same applies hereinafter) is positive / negative. In the vicinity of the peak of, switching is performed to a very low frequency region. The same applies to the V phase and the W phase. For this reason, it is difficult to determine the minimum switching frequency. Therefore, the cutoff frequency of the harmonic component removing filter (which is constituted by the reactor 8 and the capacitor 10) provided on the output side of the three-phase inverter circuit 4 is provided. It was difficult to set the filter and the filter design was difficult.

これに対して、この発明に係る3相インバータ装置によれば、スイッチング周波数が低くなる出力電流のピーク付近では、即ち出力電流のピーク時点を含む所定期間では、スイッチング素子をスイッチングさせないので、最低スイッチング周波数の決定が容易になる。これを、U相を例にシミュレーション結果を用いて説明すると、図8に示すように、電流指令値ICUの正・負のピーク付近では強制的にスイッチングさせないので、スイッチングさせる部分との境界部(図8の例では±30A付近)でのスイッチング周波数(約5kHz)が最低スイッチング周波数となる。V相、W相についても同様である。そのために最低スイッチング周波数の決定が容易であり、従ってフィルタのカットオフ周波数の算出が容易になり、フィルタ設計が容易になる。またカットオフ周波数を従来よりも高くすることができるので、フィルタを構成するリアクトル8およびコンデンサ10の小型化が可能になる。 On the other hand, according to the three-phase inverter device according to the present invention, the switching element is not switched in the vicinity of the peak of the output current where the switching frequency becomes low, that is, in the predetermined period including the peak point of the output current. The frequency can be easily determined. This will be explained using simulation results with the U phase as an example. As shown in FIG. 8, since switching is not forcibly performed in the vicinity of the positive / negative peak of the current command value I CU , the boundary portion with the portion to be switched The switching frequency (about 5 kHz) at (around ± 30 A in the example of FIG. 8) is the lowest switching frequency. The same applies to the V phase and the W phase. Therefore, it is easy to determine the minimum switching frequency. Therefore, it becomes easy to calculate the cutoff frequency of the filter, and the filter design is facilitated. Further, since the cut-off frequency can be made higher than before, the reactor 8 and the capacitor 10 constituting the filter can be downsized.

また、3相インバータ回路4を構成する各スイッチング素子S1 〜S6 の両端には、通常、当該スイッチング素子による電流遮断時にサージ電圧(ターンオフサージ電圧)が発生し、かつ同じアームの反対側のスイッチング素子のオン動作時に流れる逆回復電流の回復時にもサージ電圧(リカバリサージ電圧)が発生し、しかもこれらのサージ電圧は、出力電流の値が大きいときにスイッチングすると大きくなることが従来から知られている。これに対して、この発明に係る3相インバータ装置によれば、上記のように出力電流の大きいときは、即ち出力電流のピーク時点を含む所定期間は、スイッチング素子をスイッチングさせないので、各スイッチング素子S1 〜S6 の両端に発生する上記サージ電圧(ターンオフサージ電圧およびリカバリサージ電圧)を小さく抑制することが可能になる。これによって例えば、各スイッチング素子S1 〜S6 にサージ電圧対策用に付加しているスナバ回路を構成するコンデンサ容量を小さくする、ひいてはコンデンサを削減することができる。 Further, normally, a surge voltage (turn-off surge voltage) is generated at both ends of each of the switching elements S 1 to S 6 constituting the three-phase inverter circuit 4 when the current is interrupted by the switching element, and the opposite side of the same arm. It has been conventionally known that a surge voltage (recovery surge voltage) is generated even when the reverse recovery current that flows during the ON operation of the switching element is recovered, and that the surge voltage increases when switching is performed when the value of the output current is large. ing. On the other hand, according to the three-phase inverter device according to the present invention, when the output current is large as described above, that is, during the predetermined period including the peak time of the output current, the switching element is not switched. The surge voltage (turn-off surge voltage and recovery surge voltage) generated at both ends of S 1 to S 6 can be suppressed to a small level. As a result, for example, the capacitance of the snubber circuit added to each of the switching elements S 1 to S 6 as a countermeasure against surge voltage can be reduced, and the number of capacitors can be reduced.

なお、強制オン制御回路16において、スイッチング素子を強制的にオン(同じ相の反対側のスイッチング素子はオフ)させる期間を決定する方法には、図2に示した例以外に、例えば次の方法を採用しても良い。以下の説明は図4を参照すると分かりやすい。   In addition to the example shown in FIG. 2, for example, the following method is used as a method for determining the period during which the switching elements are forcibly turned on (the switching elements on the opposite side of the same phase are turned off) in the forced on control circuit 16. May be adopted. The following description is easy to understand with reference to FIG.

(a)3相の電流指令値ICU、ICV、ICWの絶対値を比較して、他の2相よりも絶対値が大きい相のその絶対値が大きい期間。 (A) A period in which the absolute value of the phase having a larger absolute value than the other two phases is large by comparing the absolute values of the current command values I CU , I CV and I CW of the three phases.

(b)3相の電流指令値ICU、ICV、ICWの極性(正・負)を判断し、他の2相と反転している相のその反転している期間。 (B) The polarity of the three-phase current command values I CU , I CV , and I CW is determined (positive / negative), and the inversion period of the phase inverted from the other two phases.

(c)連系運転を行う場合で、力率1の動作をさせる場合は、電力系統12の相電圧と当該3相インバータ装置の出力電流とが同相であることから、系統相電圧において上記(a)または(b)となる期間。   (C) In the case of performing the interconnection operation, when the operation with the power factor of 1 is performed, the phase voltage of the power system 12 and the output current of the three-phase inverter device are in phase. Period during which a) or (b).

また、上記3相インバータ装置は、連系運転以外に、電力系統12とは切り離して、構内負荷等に電流供給を行う自立運転を行わせる場合にも適用することができる。自立運転を行わせる場合は、例えば、図9に示す例のように、ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aに系統線間電圧を入力する代わりに、正弦波発振器50を設けておいてそれから系統線間電圧に相当する3相の正弦波電圧を出力してそれをヒステリシスコンパレータ方式制御回路14a(より具体的にはその相電圧変換回路22)に供給すれば良い。ヒステリシスコンパレータ方式制御回路14aに供給する電圧を、系統線間電圧と正弦波発振器50からの正弦波電圧とで切り換えられるようにしておいても良く、そのようにすれば、連系運転と自立運転とを簡単に切り換えることができる。   Further, the three-phase inverter device can be applied to a case where a self-sustained operation for supplying a current to a local load or the like is performed separately from the power system 12 in addition to the interconnected operation. When the autonomous operation is performed, for example, as shown in FIG. 9, instead of inputting the system line voltage to the hysteresis comparator control circuit 14a, a sine wave oscillator 50 is provided, and then the system line voltage is set. And a three-phase sine wave voltage corresponding to is outputted to the hysteresis comparator control circuit 14a (more specifically, the phase voltage conversion circuit 22). The voltage supplied to the hysteresis comparator system control circuit 14a may be switched between the system line voltage and the sine wave voltage from the sine wave oscillator 50. In this case, the interconnection operation and the independent operation are performed. And can be switched easily.

(2)スイッチング素子の強制オン制御とインバータ入力直流電圧制御とを併用する実施形態
図10に、この発明に係る3相インバータ装置の他の実施形態を示し、図11に、図10中のヒステリシスコンパレータ方式制御回路、強制オン制御回路および入力電圧制御回路の構成の一例を示す。図1、図2等に示した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該実施形態との相違点を主に説明する。
(2) Embodiment in which Forced ON Control of Switching Element and Inverter Input DC Voltage Control are Used Together FIG. 10 shows another embodiment of a three-phase inverter device according to the present invention, and FIG. 11 shows the hysteresis in FIG. An example of the configuration of a comparator control circuit, a forced on control circuit, and an input voltage control circuit is shown. Portions that are the same as or correspond to those in the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 2, and the like are denoted by the same reference numerals.

この実施形態の3相インバータ装置は、商用3相の電力系統12に接続されて当該電力系統12と連系運転を行うものである。   The three-phase inverter device of this embodiment is connected to a commercial three-phase power system 12 and performs a linked operation with the power system 12.

3相インバータ回路4の入力側には、3相インバータ回路4に供給するインバータ入力直流電圧E2 の大きさを変化させる入力電圧可変回路20が設けられている。即ちこの入力電圧可変回路20は、直流電源2から与えられる直流電圧E1 を、大きさが可変のインバータ入力直流電圧E2 に変換して出力する。この入力電圧可変回路20は、例えばDC−DCコンバータであるが、それに限られるものではない。 On the input side of the three-phase inverter circuit 4, an input voltage variable circuit 20 that changes the magnitude of the inverter input DC voltage E 2 supplied to the three-phase inverter circuit 4 is provided. That is, the input voltage variable circuit 20 converts the DC voltage E 1 supplied from the DC power supply 2 into an inverter input DC voltage E 2 having a variable magnitude and outputs the inverter input DC voltage E 2 . The input voltage variable circuit 20 is a DC-DC converter, for example, but is not limited thereto.

この実施形態の3相インバータ装置は、入力電圧制御回路18を更に備えており、上記インバータ入力直流電圧E2 は、入力電圧制御回路18から入力電圧可変回路20に与えられる電圧制御信号ESによって、以下に説明する指令値E2Cになるように制御される。入力電圧制御回路18には、入力電圧可変回路20から出力するインバータ入力直流電圧E2 がフィードバックされる。 The three-phase inverter device of this embodiment further includes an input voltage control circuit 18, and the inverter input DC voltage E 2 is determined by a voltage control signal ES given from the input voltage control circuit 18 to the input voltage variable circuit 20. Control is performed so as to obtain a command value E 2C described below. The inverter input DC voltage E 2 output from the input voltage variable circuit 20 is fed back to the input voltage control circuit 18.

入力電圧制御回路18は、3相インバータ回路4のスイッチング素子S1 〜S6 を強制的にオンさせている相以外の2相の内のいずれか1相についての電力系統12の相電圧とリアクトル8の両端電圧とに基づいて当該1相についての3相インバータ回路4の出力相電圧の絶対値を算出する機能と、(b)当該出力相電圧の絶対値を√3倍して3相インバータ回路4の出力線間電圧の絶対値を算出する機能と、(c)当該出力線間電圧の絶対値に、帰還ダイオードD1 〜D6 の内の1個の順電圧降下およびスイッチング素子S1 〜S6 の内の1個のオン時の内部電圧降下を加算することによって、3相インバータ回路4に供給すべきインバータ入力直流電圧E2 の指令値E2Cを算出する機能と、(d)入力電圧可変回路20から出力するインバータ入力直流電圧E2 が上記指令値E2Cになるように入力電圧可変回路20を制御する機能とを有している。これを図17、図18を参照して詳述する。 The input voltage control circuit 18 includes a phase voltage and a reactor of the power system 12 for any one of the two phases other than the phase in which the switching elements S 1 to S 6 of the three-phase inverter circuit 4 are forcibly turned on. A function of calculating the absolute value of the output phase voltage of the three-phase inverter circuit 4 for the one phase based on the both-end voltage of 8, and (b) a three-phase inverter by multiplying the absolute value of the output phase voltage by √3 The function of calculating the absolute value of the output line voltage of the circuit 4; and (c) the forward voltage drop of the feedback diodes D 1 to D 6 and the switching element S 1 to the absolute value of the output line voltage. A function of calculating a command value E 2C of the inverter input DC voltage E 2 to be supplied to the three-phase inverter circuit 4 by adding one of the internal voltage drops at ON of S 6 to (d) Inverter output from variable input voltage circuit 20 Data input DC voltage E 2 has a function of controlling an input voltage varying circuit 20 so that the command value E 2C. This will be described in detail with reference to FIGS.

ここでは一例として、図17に示すように、U相のスイッチング素子S1 は前述した強制オン制御によって強制的にオン(従ってスイッチング素子S2 は強制的にオフ)されており、V相およびW相のスイッチング素子S3 〜S6 はスイッチング制御されているが、その内、スイッチング素子S3 およびS6 がオン状態にあり、スイッチング素子S4 およびS5 がオフ状態にある状態を例に説明する。この状態を表4にまとめて示す。従って以下では、スイッチング制御されているV相およびW相を主体に説明する。 Here, as an example, as shown in FIG. 17, the U-phase switching element S 1 is forcibly turned on by the above-described forced-on control (therefore, the switching element S 2 is forcibly turned off). The phase switching elements S 3 to S 6 are controlled by switching, and of these, the switching elements S 3 and S 6 are in the on state and the switching elements S 4 and S 5 are in the off state. To do. This state is summarized in Table 4. Therefore, in the following description, the V phase and the W phase that are switching-controlled will be mainly described.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

電流の向きを、3相インバータ回路4から電力系統12に流れる場合を正とすると、上記状態では、3相インバータ回路4の出力電流IU (=−(IV +IW ))は正、出力電流IV およびIW は負の向きとなる。従って、図17中に示すように、U相の出力電流IU はスイッチング素子S1 、V相の出力電流IV は帰還ダイオードD3 (スイッチング素子S3 には逆方向のために流れない)、W相の出力電流IW はスイッチング素子S6 を通して流れる。 Assuming that the direction of current flows from the three-phase inverter circuit 4 to the power system 12 is positive, in the above state, the output current I U (= − (I V + I W )) of the three-phase inverter circuit 4 is positive and output. The currents I V and I W are in the negative direction. Accordingly, as shown in FIG. 17, the U-phase output current I U is the switching element S 1 , and the V-phase output current I V is the feedback diode D 3 (the switching element S 3 does not flow in the reverse direction). , W-phase output current I W flows through switching element S 6 .

上記の場合の各電圧および各電流のベクトルを図18に示す。この図は、当該3相インバータ装置が力率1の動作を行っている場合の例であり、各出力電流IU 、IV 、IW は電力系統12の相電圧VU 、VV 、VW とそれぞれ同相である。各リアクトル8の両端電圧VLU、VLV、VLWは、各相電圧VU 、VV 、VW に対して90度進みの関係になる。その大きさは次式で表される。ωは角周波数、tは時間、Lは各リアクトル8のインダクタンスである。 FIG. 18 shows vectors of voltages and currents in the above case. This figure shows an example in which the three-phase inverter device is operating at a power factor of 1, and the output currents I U , I V , I W are the phase voltages V U , V V , V of the power system 12. Each is in phase with W. The voltages V LU , V LV , and V LW at both ends of each reactor 8 have a 90 degree advance relationship with respect to the phase voltages V U , V V , and V W. The size is expressed by the following equation. ω is an angular frequency, t is time, and L is an inductance of each reactor 8.

[数3]
|VLU|=|ωL・IU
|VLV|=|ωL・IV
|VLW|=|ωL・IW
[Equation 3]
| V LU | = | ωL · I U |
| V LV | = | ωL · I V |
| V LW | = | ωL · I W |

図18からも分かるように、3相インバータ回路4のV相の出力相電圧VIVの絶対値|VIV|は、電力系統12のV相の相電圧VV とV相のリアクトル8の両端電圧VLVの2乗和の平方根で算出することができる。電力系統12の相電圧VV は、線間電圧VVWから算出することができる。W相の出力相電圧VIWの絶対値|VIW|も同様の考えで算出することができる。これらを式で表すと数4、数5となる。 As can be seen from Figure 18, the absolute value of the output phase voltage V IV of the V phase of the three-phase inverter circuit 4 | V IV | Both ends of the V-phase of the phase voltage V V and V-phase of the reactor 8 of the electric power system 12 It can be calculated by the square root of the square sum of the voltage V LV . The phase voltage V V of the power system 12 can be calculated from the line voltage V VW . The absolute value | V IW | of the W-phase output phase voltage V IW can be calculated based on the same idea. When these are expressed by equations, Equations 4 and 5 are obtained.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

Figure 0005493783
Figure 0005493783

上記出力相電圧の絶対値|VIV|および|VIW|は、互いに実質的に同じ値になる。これは、対称3相交流であるから各相の電圧の波高値VV 、VW は互いに同じであり、各相の電流の波高値IV 、IW も互いに同じであり、各相のリアクトル8のインダクタンスLも互いに同じであり、位相が異なるだけだからである。従って、いずれか一方のみを算出すれば良い。その演算を入力電圧制御回路18が行う。ここでは、V相の出力電圧VIVの絶対値|VIV|の演算(即ち数4の演算)を行う場合を例に説明する。 The absolute values | V IV | and | V IW | of the output phase voltage are substantially the same. Since this is a symmetrical three-phase alternating current, the peak values V V and V W of the voltages of the respective phases are the same, the peak values I V and I W of the currents of the respective phases are also the same, and the reactor of each phase This is because the inductances L of 8 are the same as each other, and only have different phases. Therefore, only one of them needs to be calculated. The calculation is performed by the input voltage control circuit 18. Here, a case will be described as an example where the absolute value | V IV | of the V-phase output voltage V IV is calculated (that is, the calculation of Equation 4).

3相インバータ回路4の出力線間電圧は、出力相電圧に対して、位相は30度進んでおり、絶対値は√3倍である。従って、3相インバータ回路4のV相W相間の出力線間電圧VIVW の絶対値|VIVW |は、次式で算出することができる。次式の第2行は、|VIV|に数4を代入したものである。この演算を入力電圧制御回路18が行う。 The output line voltage of the three-phase inverter circuit 4 is 30 degrees ahead of the output phase voltage, and the absolute value is √3 times. Therefore, the absolute value | V IVW | of the output line voltage V IVW between the V phase and the W phase of the three-phase inverter circuit 4 can be calculated by the following equation. The second row of the following equation is obtained by substituting Equation 4 into | V IV |. This calculation is performed by the input voltage control circuit 18.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

上記帰還ダイオードD1 〜D6 の内の1個の順電圧降下(順電流が流れている時の電圧降下)をVD 、スイッチング素子S1 〜S6 の内の1個のオン時の内部電圧降下(オン時の内部抵抗による電圧降下)をVS とすると、入力電圧制御回路18は次式の演算を行って、3相インバータ回路4に供給すべき上記インバータ入力直流電圧E2 の指令値E2Cを算出する。次式の第2行は|IIVW |に数6を代入したものである。 One forward voltage drop (voltage drop when a forward current flows) of the feedback diodes D 1 to D 6 is V D , and one of the switching elements S 1 to S 6 is turned on. Assuming that the voltage drop (voltage drop due to the internal resistance at the time of ON) is V S , the input voltage control circuit 18 calculates the following equation and instructs the inverter input DC voltage E 2 to be supplied to the three-phase inverter circuit 4. The value E 2C is calculated. The second line of the following equation is obtained by substituting Equation 6 into | I IVW |.

Figure 0005493783
Figure 0005493783

上記順電圧降下VD は、どの帰還ダイオードD1 〜D6 のものも互いに実質的に同じである。帰還ダイオードD1 〜D6 として、一般的に、実質的に同じ特性の帰還ダイオードを用いるからである。 The forward voltage drop V D is substantially the same for all feedback diodes D 1 -D 6 . This is because feedback diodes having substantially the same characteristics are generally used as the feedback diodes D 1 to D 6 .

上記内部電圧降下VS は、スイッチング素子オン時の抵抗値RONに、そこを流れる電流値を掛けることによって求めることができる。オン時の抵抗値RONは、どのスイッチング素子S1 〜S6 のものも互いに実質的に同じである。スイッチング素子S1 〜S6 として、一般的に、実質的に同じ特性のスイッチング素子を用いるからである。従って、スイッチング素子S6 を例に取ると、上記内部電圧降下VS は次式で求めることができる。入力電圧制御回路18はこの演算を行う。 The internal voltage drop V S can be obtained by multiplying the resistance value R ON when the switching element is on by the current value flowing therethrough. The on-resistance value R ON is substantially the same for all the switching elements S 1 to S 6 . This is because switching elements having substantially the same characteristics are generally used as the switching elements S 1 to S 6 . Therefore, taking the switching element S 6 as an example, the internal voltage drop V S can be obtained by the following equation. The input voltage control circuit 18 performs this calculation.

[数8]
|VS |=|IW |×RON
[Equation 8]
| V S | = | I W | × R ON

以上は、図17、表4に示したように、U相のスイッチング素子S1 を強制的にオン(従ってスイッチング素子S2 を強制的にオフ)させているときの状態を例に説明したが、V相またはW相のスイッチング素子を上記と同様に強制的にオンさせている状態でも同じ結果になる。対称3相交流を扱っているからである。 In the above description, as shown in FIG. 17 and Table 4, the state when the U-phase switching element S 1 is forcibly turned on (and thus the switching element S 2 is forcibly turned off) has been described as an example. The same result is obtained even when the V-phase or W-phase switching element is forcibly turned on as described above. This is because symmetric three-phase alternating current is handled.

上記のような演算および制御を行う入力電圧制御回路18の構成の例を図11に示す。この入力電圧制御回路18は、相電圧演算回路45、指令値演算回路46および電圧制御回路48を有している。図11中の入力電圧制御回路18以外の要素は、図2を参照して説明したとおりである。   FIG. 11 shows an example of the configuration of the input voltage control circuit 18 that performs the above calculation and control. The input voltage control circuit 18 includes a phase voltage calculation circuit 45, a command value calculation circuit 46, and a voltage control circuit 48. Elements other than the input voltage control circuit 18 in FIG. 11 are as described with reference to FIG.

相電圧演算回路45は、電力系統12の線間電圧(例えば線間電圧VVW)に基づいて、電力系統12の所要の相電圧、例えば上記V相の相電圧VV を算出する。なお、前述したように相電圧変換回路22も電力系統12の相電圧を求める機能を有しているので、相電圧演算回路45を設ける代わりに相電圧変換回路22を共用しても良い。 The phase voltage calculation circuit 45 calculates a required phase voltage of the power system 12, for example, the phase voltage V V of the V phase, based on the line voltage of the power system 12 (for example, the line voltage V VW ). As described above, since the phase voltage conversion circuit 22 also has a function of obtaining the phase voltage of the power system 12, the phase voltage conversion circuit 22 may be shared instead of providing the phase voltage calculation circuit 45.

指令値演算回路46は、相電圧演算回路45から与えられる上記相電圧と、変流器6(図1参照)を用いて計測した3相インバータ回路4の所要の相の出力電流、例えば上記V相の出力電流IV と、上記順電圧降下VD と、内部電圧降下VS とに基づいて、上記数7に従って上記指令値E2Cを算出する。 The command value calculation circuit 46 outputs the phase voltage supplied from the phase voltage calculation circuit 45 and the output current of a required phase of the three-phase inverter circuit 4 measured using the current transformer 6 (see FIG. 1), for example, the V Based on the phase output current I V , the forward voltage drop V D, and the internal voltage drop V S , the command value E 2C is calculated according to Equation 7 above.

電圧制御回路48は、指令値演算回路46から与えられる上記指令値E2Cと、入力電圧可変回路20から出力されるインバータ入力直流電圧E2 とを比較して、インバータ入力直流電圧E2 が指令値E2Cになるように、電圧制御信号ESによって入力電圧可変回路20を制御する。 The voltage control circuit 48 compares the command value E 2C given from the command value calculation circuit 46 with the inverter input DC voltage E 2 output from the input voltage variable circuit 20, and the inverter input DC voltage E 2 is commanded. The input voltage variable circuit 20 is controlled by the voltage control signal ES so that the value E 2C is obtained.

入力電圧可変回路20から出力するインバータ入力直流電圧E2 が上記指令値E2Cになるように制御することによって、インバータ入力直流電圧E2 を、連系電力系統12の線間電圧に適した値に制御することができるので、3相インバータ回路4の各相の出力電流の正・負のピーク付近において、スイッチング素子をスイッチングさせずにオンさせているオン期間を、上記強制オン制御回路16によって強制的にオンさせている期間よりも広げることができる(オン期間の拡大)。これは、インバータ入力直流電圧E2 が上記制御によって電力系統12の電圧に適した値になって、3相インバータ回路4の入力電圧と出力電圧との差が小さくなり、出力電流のピーク付近において、前述したヒステリシスコンパレータ方式制御によってスイッチングを行わなくて済む期間が拡がる(長くなる)からである。従ってその分、スイッチング損失を更に低減させることができるので、インバータの更なる高効率化が可能になる。 By controlling the inverter input DC voltage E 2 output from the input voltage variable circuit 20 to be the command value E 2C , the inverter input DC voltage E 2 is a value suitable for the line voltage of the interconnection power system 12. In the vicinity of the positive and negative peaks of the output current of each phase of the three-phase inverter circuit 4, the on-period in which the switching element is turned on without switching is controlled by the forced on-control circuit 16. It can be expanded beyond the period when it is forcibly turned on (expansion of the on period). This is because the inverter input DC voltage E 2 becomes a value suitable for the voltage of the electric power system 12 by the above control, and the difference between the input voltage and the output voltage of the three-phase inverter circuit 4 becomes small, and in the vicinity of the peak of the output current. This is because the period in which switching is not performed is extended (longened) by the hysteresis comparator system control described above. Accordingly, the switching loss can be further reduced by that amount, so that the inverter can be further improved in efficiency.

そのシミュレーション結果の一例を図12に示す。これは先の図6に対応するものである。この例では、U相、V相、W相のゲート信号G1 、G3 、G5 が論理値1になってスイッチング素子S1 、S3 、S5 がオンになっているオン期間T10、T30、T50が、図6に示す強制オン期間T1 よりも広がっていることが分かる。ある一つの時刻で見れば、ほぼ1相だけのスイッチングで済んでいると言うこともできる。 An example of the simulation result is shown in FIG. This corresponds to FIG. In this example, the ON period T 10 in which the switching signals S 1 , S 3 , S 5 are ON because the U-phase, V-phase, and W-phase gate signals G 1 , G 3 , G 5 are at the logical value 1. , T 30 and T 50 are wider than the forced on-period T 1 shown in FIG. If it sees at one certain time, it can also be said that the switching of only one phase is sufficient.

上記の場合でも、出力電流としては、図12に示すように、設定どおりの振幅(この例では40A)の正弦波状の出力電流IU 、IV 、IW を出力することができている。この点では図6の場合と大差はない。 Even in the above case, as the output current, as shown in FIG. 12, sinusoidal output currents I U , I V , I W having the amplitude as set (40 A in this example) can be output. In this respect, there is no significant difference from the case of FIG.

4 3相インバータ回路
8 リアクトル
12 電力系統
14a ヒステリシスコンパレータ方式制御回路
16 強制オン制御回路
18 入力電圧制御回路
20 入力電圧可変回路
1 〜S6 スイッチング素子
1 〜D6 帰還ダイオード
2 インバータ入力直流電圧
4 3-phase inverter circuit 8 a reactor 12 power system 14a hysteresis comparator system control circuit 16 forcibly on control circuit 18 the input voltage control circuit 20 the input voltage varying circuit S 1 to S 6 switching elements D 1 to D 6 feedback diodes E 2 inverter input DC Voltage

Claims (4)

商用3相の電力系統に接続されて当該電力系統と連系運転を行う3相インバータ装置であって、
3相ブリッジ接続された六つのスイッチング素子を有していて、直流電力を交流電力に変換する3相インバータ回路と、
前記3相インバータ回路の各相の出力電流を、各相用の正弦波の電流指令値に対して所定のヒステリシス幅以内に制御するゲート信号を作成して、それを前記3相インバータ回路の各スイッチング素子に供給するヒステリシスコンパレータ方式制御回路とを備えている3相インバータ装置において、
前記各相用の電流指令値の正側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路からのゲート信号に依らずに、前記3相インバータ回路の前記電流指令値に対応する各相の上側のスイッチング素子を強制的にオンさせると共に下側のスイッチング素子を強制的にオフさせ、かつ前記各相用の電流指令値の負側のピーク値の時点を含む所定期間だけ、前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路からのゲート信号に依らずに、前記3相インバータ回路の前記電流指令値に対応する各相の下側のスイッチング素子を強制的にオンさせると共に上側のスイッチング素子を強制的にオフさせる制御を行う強制オン制御回路を備えており、
前記強制オン制御回路は、(a)前記電力系統の少なくとも1相の相電圧の位相を求めると共に、当該求めた電力系統の相電圧の位相に、当該3相インバータ装置を動作させる所望の力率を加味することにより、当該力率に応じた前記各相用の電流指令値の位相を求め、当該求めた各相用の電流指令値の位相を前記ヒステリシスコンパレータ方式制御回路に指令する位相決定手段と、(b)当該位相決定手段によって求めた前記電力系統の相電圧の位相に基づいて、前記3相インバータ回路のスイッチング素子を前記のとおり強制的にオンおよびオフさせる前記制御を行う強制制御手段とを有している、ことを特徴とする3相インバータ装置。
A three-phase inverter device connected to a commercial three-phase power system and connected to the power system,
A three-phase inverter circuit having six switching elements connected in a three-phase bridge and converting DC power to AC power;
A gate signal for controlling the output current of each phase of the three-phase inverter circuit within a predetermined hysteresis width with respect to the current command value of the sine wave for each phase is created, and the gate signal is generated for each of the three-phase inverter circuits. In a three-phase inverter device comprising a hysteresis comparator system control circuit for supplying to a switching element,
Corresponding to the current command value of the three-phase inverter circuit for a predetermined period including the time point of the positive peak value of the current command value for each phase without depending on the gate signal from the hysteresis comparator control circuit. Forcibly turning on the upper switching element of each phase and forcibly turning off the lower switching element, and only for a predetermined period including the time point of the negative peak value of the current command value for each phase Regardless of the gate signal from the hysteresis comparator control circuit, the lower switching element of each phase corresponding to the current command value of the three-phase inverter circuit is forcibly turned on and the upper switching element is forcibly turned on. It has a forced on control circuit that controls to turn off ,
The forced-on control circuit obtains (a) a phase of at least one phase voltage of the power system and a desired power factor for operating the three-phase inverter device to the phase voltage phase of the determined power system. To determine the phase of the current command value for each phase according to the power factor, and command the phase of the obtained current command value for each phase to the hysteresis comparator control circuit And (b) forced control means for performing the control to forcibly turn on and off the switching elements of the three-phase inverter circuit as described above based on the phase of the phase voltage of the power system obtained by the phase determination means. And a three-phase inverter device.
前記所定期間は、位相の幅で表して0度よりも大きくかつ60度以下の期間である請求項1記載の3相インバータ装置。   2. The three-phase inverter device according to claim 1, wherein the predetermined period is a period that is greater than 0 degree and less than or equal to 60 degrees in terms of a phase width. A)前記3相インバータ回路の各スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードと、
(B)前記3相インバータ回路の各相の出力部にそれぞれ直列に接続されたリアクトルと、
(C)前記3相インバータ回路の入力側に設けられていて、前記3相インバータ回路に供給するインバータ入力直流電圧の大きさを変化させる入力電圧可変回路と、
(D)(a)前記3相インバータ回路のスイッチング素子を強制的にオンさせている相以外の2相の内のいずれか1相についての前記電力系統の相電圧と前記リアクトルの両端電圧とに基づいて当該1相についての前記3相インバータ回路の出力相電圧の絶対値を算出し、(b)当該出力相電圧の絶対値を√3倍して前記3相インバータ回路の出力線間電圧の絶対値を算出し、(c)当該出力線間電圧の絶対値に、前記帰還ダイオード1個の順電圧降下および前記スイッチング素子1個のオン時の内部電圧降下を加算することによって、前記3相インバータ回路に供給すべき前記インバータ入力直流電圧の指令値を算出し、(d)かつ前記入力電圧可変回路から出力する前記インバータ入力直流電圧が前記指令値になるように前記入力電圧可変回路を制御する入力電圧制御回路と、
を更に備えている請求項1または2記載の3相インバータ装置。
( A) a feedback diode connected in antiparallel to each switching element of the three-phase inverter circuit;
(B) a reactor connected in series to the output section of each phase of the three-phase inverter circuit;
(C) an input voltage variable circuit that is provided on the input side of the three-phase inverter circuit and changes the magnitude of the inverter input DC voltage supplied to the three-phase inverter circuit;
(D) (a) The phase voltage of the power system and the voltage across the reactor for any one of the two phases other than the phase forcibly turning on the switching element of the three-phase inverter circuit Based on this, the absolute value of the output phase voltage of the three-phase inverter circuit for the one phase is calculated. (B) The absolute value of the output phase voltage is multiplied by √3 to obtain the output line voltage of the three-phase inverter circuit. (C) adding the forward voltage drop of one feedback diode and the internal voltage drop when one switching element is turned on to the absolute value of the output line voltage, A command value of the inverter input DC voltage to be supplied to the inverter circuit is calculated, and (d) and the input voltage is allowed so that the inverter input DC voltage output from the input voltage variable circuit becomes the command value. An input voltage control circuit for controlling the circuit,
The three-phase inverter device according to claim 1, further comprising:
前記入力電圧可変回路は、DC−DCコンバータである請求項3記載の3相インバータ装置。   The three-phase inverter device according to claim 3, wherein the input voltage variable circuit is a DC-DC converter.
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