JP5852544B2 - 3-level power converter - Google Patents

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Description

この発明は、PWM制御を行う3レベル電力変換装置に関する。   The present invention relates to a three-level power converter that performs PWM control.

従来、所謂PWM(パルス幅変調)制御によって出力電圧を制御する電力変換装置、例えばインバータ装置は、その主回路にIGBT等のスイッチング素子を使用し、変調周期毎に所定期間だけオン状態となるパルス状の電圧を出力し、その平均電圧を制御している。インバータ装置が3レベルになると、正電圧、負電圧に加え、零電圧を出力するモードが加わり、2レベルのインバータ装置に比較して倍となる1アーム当り4個のスイッチング素子のPWM制御を行う必要があるが、基本的な制御の考え方は変わらない。   Conventionally, a power converter that controls output voltage by so-called PWM (pulse width modulation) control, for example, an inverter device, uses a switching element such as an IGBT in its main circuit, and is a pulse that is turned on for a predetermined period for each modulation period. Is output and the average voltage is controlled. When the inverter device reaches the 3rd level, a mode for outputting a zero voltage is added in addition to the positive voltage and the negative voltage, and PWM control of 4 switching elements per arm which is doubled as compared with the 2 level inverter device is performed. Although it is necessary, the basic concept of control remains the same.

3レベルインバータ装置において、その出力周波数が低く、従って出力電圧が低いとき、電圧基準と変調用キャリアとを比較してゲート制御用パルスを作る場合、そのパルスがスイッチング素子の特性上許容できないパルス幅(以下最小オンパルス幅と言う。)以下となってしまうという問題があった。   In a three-level inverter device, when the output frequency is low, and therefore the output voltage is low, when a gate control pulse is generated by comparing the voltage reference and the modulation carrier, the pulse width is unacceptable due to the characteristics of the switching element. (Hereinafter referred to as the minimum on-pulse width).

この問題を解決するために所謂矩形PWM方式が提案されている。この矩形PWM方式は、3相電圧基準に所定のバイアス値を加算して零電圧付近でのPWM変調を避け、3相電圧基準の極性を同一極性として制御し、この極性を所定の周期で切替えるものである。(例えば特許文献1参照。)。   In order to solve this problem, a so-called rectangular PWM method has been proposed. In this rectangular PWM method, a predetermined bias value is added to the three-phase voltage reference to avoid PWM modulation near zero voltage, and the polarity of the three-phase voltage reference is controlled as the same polarity, and this polarity is switched at a predetermined cycle. Is. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平5−268773号公報(第4−6頁、図1)JP-A-5-268773 (page 4-6, FIG. 1)

特許文献1に示されている従来の方式は、最小オンパルス幅以下の幅のパルスが生成されないようにし、且つこれを所定の周期で切替えて正側と負側のスイッチング素子の通電電流のバランスを計るようにしている。しかしながら、このように所定の周期で切替えると、切替え時に各相の電位変動が発生し、これによって中性点の電位が変動してしまうという問題があった。中性点の電位が変動すると所謂コモンモード電流が流れ、ノイズが発生したり電圧制御に悪影響を及ぼしたりする。   The conventional method disclosed in Patent Document 1 prevents a pulse having a width less than the minimum on-pulse width from being generated, and switches this with a predetermined period to balance the energization currents of the positive and negative switching elements. I try to measure it. However, when switching is performed at a predetermined cycle in this way, there is a problem in that potential fluctuations of each phase occur at the time of switching, which causes fluctuations in the neutral point potential. If the potential at the neutral point fluctuates, a so-called common mode current flows, and noise is generated or voltage control is adversely affected.

本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、通流バランスを確保すると共に中性点の電位変動を抑制した3レベル電力変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a three-level power converter that ensures a flow balance and suppresses potential fluctuations at a neutral point.

上記目的を達成するために、本発明の3レベル電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を3相交流電力に変換して負荷に供給する3レベル電力変換器と、前記3レベル電力変換器をPWM制御する制御手段とで構成し、前記制御手段は、前記3レベル電力変換器の3相の基本電圧基準を生成する手段と、前記3相の基本電圧基準のうち最大となる相の値を検出する最大値検出手段と、前記3相の基本電圧基準のうち最小となる相の値を検出する最小値検出手段と、前記最大値検出手段と前記最小値検出手段の出力を所定の周期で交互に切替える切替手段と、この切替手段の出力を前記3相の基本電圧基準の各々から減算して3相電圧基準を得る補正手段と、前記3相電圧基準と、正及び負側のキャリアとから、前記3レベル電力変換器を構成するスイッチング素子のゲートパルスを生成するPWM制御手段と、このPWM制御手段用の三角波基準キャリアを発生し、これと同位相で負側キャリア、逆位相で正側キャリアを生成するキャリア生成手段とを具備し、前記切替手段は、前記キャリア発生手段が発生する三角波基準キャリアの最小値のタイミングで作動するようにしたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, a three-level power converter according to the present invention converts a DC power supplied from a DC power source into a three-phase AC power and supplies it to a load, and the three-level power converter. The converter comprises control means for PWM control, the control means generating means for generating a three-phase basic voltage reference for the three-level power converter, and a phase that is the largest of the three-phase basic voltage references. A maximum value detecting means for detecting the value of the current, a minimum value detecting means for detecting the minimum phase value of the three-phase basic voltage reference, and outputs of the maximum value detecting means and the minimum value detecting means are predetermined. Switching means for alternately switching at a period of, a correction means for subtracting the output of the switching means from each of the three-phase basic voltage references to obtain a three-phase voltage reference, the three-phase voltage reference, and positive and negative sides The three-level power change PWM control means for generating the gate pulse of the switching element constituting the detector, and generating a triangular wave reference carrier for the PWM control means, and generating a negative carrier in the same phase and a positive carrier in the opposite phase And the switching means operates at the timing of the minimum value of the triangular wave reference carrier generated by the carrier generating means.

この発明によれば、通流バランスを確保すると共に中性点の電位変動を抑制した3レベル電力変換装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a three-level power converter that secures a flow balance and suppresses potential fluctuations at a neutral point.

本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置の回路構成図。1 is a circuit configuration diagram of a three-level power converter according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の3レベル電力変換器1相分の回路構成図。FIG. 3 is a circuit configuration diagram for one phase of the three-level power converter of the present invention. 最小値検出回路が選択されているときの3相電圧基準と正側キャリアの波形を示す図。The figure which shows the waveform of the three-phase voltage reference and the positive side carrier when the minimum value detection circuit is selected. 最大値検出回路が選択されているときの3相電圧基準と負側キャリアの波形を示す図。The figure which shows the waveform of the three-phase voltage reference when the maximum value detection circuit is selected, and a negative side carrier. 本発明の実施例2に係る3レベル電力変換装置の回路構成図。The circuit block diagram of the 3 level power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 図3のキャリア1周期の拡大図。FIG. 4 is an enlarged view of one carrier period in FIG. 3.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置を図1及び図2を参照して説明する。図1(a)は、本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置の回路構成図である。   A three-level power converter according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A is a circuit configuration diagram of the three-level power conversion device according to the first embodiment of the present invention.

直流電源1は3レベルの直流電圧を供給し、正側平滑コンデンサ2A及び負側平滑コンデンサ2Bを介して直流電力を3レベル電力変換器3に供給する。3レベル電力変換器3はこの直流電力を3相交流電力に変換して交流電動機4を駆動する。交流電動機4には、その回転位相を検出する回転角検出器5が設けられており、また、入力電流検出のため電流検出器6が設けられている。3レベル電力変換器3を構成するスイッチング素子は制御部7からのゲート信号によりPWM制御されている。   The DC power supply 1 supplies three-level DC voltage, and supplies DC power to the three-level power converter 3 via the positive-side smoothing capacitor 2A and the negative-side smoothing capacitor 2B. The three-level power converter 3 converts this DC power into three-phase AC power and drives the AC motor 4. The AC motor 4 is provided with a rotation angle detector 5 for detecting the rotation phase thereof, and a current detector 6 for detecting an input current. The switching elements constituting the three-level power converter 3 are PWM controlled by a gate signal from the control unit 7.

図2は3レベル電力変換器3の1アーム分を示す内部構成図である。図2に示したように1アームはスイッチング素子Q1、Q2、Q3及びQ4を直列接続して構成される。スイッチング素子Q1、Q2、Q3及びQ4には夫々フライホイールダイオードD1,D2、D3及びD4が逆並列に接続されている。また、スイッチング素子Q1とQ2間の電位はクランプダイオードDpに、またスイッチング素子Q3とQ4間の電位はクランプダイオードDnによって零電位にクランプされる構成となっている。   FIG. 2 is an internal configuration diagram showing one arm of the three-level power converter 3. As shown in FIG. 2, one arm is formed by connecting switching elements Q1, Q2, Q3 and Q4 in series. Flywheel diodes D1, D2, D3, and D4 are connected in antiparallel to switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, respectively. Further, the potential between the switching elements Q1 and Q2 is clamped to the clamp diode Dp, and the potential between the switching elements Q3 and Q4 is clamped to the zero potential by the clamp diode Dn.

上記の構成において、スイッチング素子Q1及びQ2がオン、スイッチング素子Q3及びQ4がオフのとき出力端子には直流電圧+Edが供給され、逆にスイッチング素子Q1及びQ2がオフ、スイッチング素子Q3及びQ4がオンのとき出力端子には直流電圧−Edが供給される。スイッチング素子Q1及びQ4がオフ、スイッチング素子Q2及びQ3がオンのとき出力端子電圧は零となる。   In the above configuration, when the switching elements Q1 and Q2 are on and the switching elements Q3 and Q4 are off, a DC voltage + Ed is supplied to the output terminal, and conversely, the switching elements Q1 and Q2 are off and the switching elements Q3 and Q4 are on. At this time, a DC voltage -Ed is supplied to the output terminal. When the switching elements Q1 and Q4 are off and the switching elements Q2 and Q3 are on, the output terminal voltage is zero.

次に制御部7の内部構成について説明する。   Next, the internal configuration of the control unit 7 will be described.

回転角検出器5で検出された位相角は微分器71により回転速度ωrに変換され、与えられた速度基準ωr*と主制御器である電動機制御器72の内部で比較増幅されて電流基準となる。そしてこの電流基準は、同様に電動機制御器72の内部で電流検出器6の出力と比較増幅されてd軸及びq軸の電圧基準ED_R、EQ_Rを得る。これ等の2軸変換のために回転角検出器5で検出された位相角に基づく位相基準θ1が用いられる。d軸電圧基準ED_R及びq軸電圧基準EQ_Rは、その詳細を後述する電圧基準変換部73において、3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFに変換される。そして、これらの3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFはPWM制御部74によって正側キャリア及び負側キャリアと比較されてPMWパターンに従った各スイッチング素子のゲート信号が生成される。   The phase angle detected by the rotation angle detector 5 is converted into the rotation speed ωr by the differentiator 71, and compared with the given speed reference ωr * and the motor controller 72, which is the main controller, and amplified and compared with the current reference. Become. This current reference is similarly compared and amplified with the output of the current detector 6 inside the motor controller 72 to obtain d-axis and q-axis voltage references ED_R and EQ_R. The phase reference θ1 based on the phase angle detected by the rotation angle detector 5 is used for these two-axis conversions. The d-axis voltage reference ED_R and the q-axis voltage reference EQ_R are converted into three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF in a voltage reference conversion unit 73, the details of which will be described later. Then, these three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF are compared with the positive carrier and the negative carrier by the PWM control unit 74, and the gate signal of each switching element according to the PMW pattern is generated.

キャリア発生回路75は所謂三角波キャリアを発生し、その三角波キャリアを負側キャリアとして直接PWM制御部74に与える。この三角波キャリアは反転回路76で正負が反転され、正バイアス加算回路77によってキャリアのピーク値相当の直流分が加算され正側キャリアを得ている。また、キャリア発生回路75は三角波キャリアの1周期ごとにキャリア同期信号を電圧基準変換部73に与えている。ここで、反転回路76で正負を反転するとは、逆位相とすることを意味する。   The carrier generation circuit 75 generates a so-called triangular wave carrier and supplies the triangular wave carrier directly to the PWM controller 74 as a negative carrier. The triangular wave carrier is inverted in polarity by an inverting circuit 76, and a DC component corresponding to the carrier peak value is added by a positive bias adding circuit 77 to obtain a positive carrier. In addition, the carrier generation circuit 75 supplies a carrier synchronization signal to the voltage reference conversion unit 73 for each period of the triangular wave carrier. Here, inverting the positive / negative with the inverting circuit 76 means that the phase is reversed.

電圧基準変換部73の詳細回路構成を図1(b)に示す。図1(b)に示した様にd軸電圧基準ED_R及びq軸電圧基準EQ_Rは、上記位相基準θ1を用いて座標変換/ホールド回路731によって3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rに変換される。ここで、ホールドとは、キャリア発生回路75が出力するキャリア同期信号に従って3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rを保持し、キャリア周期毎にこれらの保持された値を新しい値に更新するということである。ここでは、キャリア発生回路75が出力する三角キャリアの最小値(谷)のタイミングでキャリア同期信号が出力されるものとする。   A detailed circuit configuration of the voltage reference converter 73 is shown in FIG. As shown in FIG. 1B, the d-axis voltage reference ED_R and the q-axis voltage reference EQ_R are converted into three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R by the coordinate conversion / hold circuit 731 using the phase reference θ1. The Here, holding means that the three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R are held according to the carrier synchronization signal output from the carrier generation circuit 75, and these held values are updated to new values for each carrier period. It is. Here, it is assumed that the carrier synchronization signal is output at the timing of the minimum value (valley) of the triangular carrier output from the carrier generation circuit 75.

この3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rは、最大値検出回路732及び最小値検出回路733に入力され、3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rのうちの最大値及び最小値が夫々検出される。これら検出された最大値及び最小値は、切替制御回路734に入力され、切替制御回路734はキャリア同期信号を基準として所定の間隔、例えば10倍のキャリア周期ごとに最大値と最小値を交互に切替え、減算回路735に出力する。減算回路735においては、3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rの各々から切替制御回路734の出力である上記最大値または最小値を減算し、3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFを夫々得る。   The three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R are input to the maximum value detection circuit 732 and the minimum value detection circuit 733, and the maximum value and the minimum value of the three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R are detected. The The detected maximum value and minimum value are input to the switching control circuit 734. The switching control circuit 734 alternates between the maximum value and the minimum value at predetermined intervals, for example, 10 times the carrier period, with reference to the carrier synchronization signal. Output to the switching / subtraction circuit 735. The subtraction circuit 735 subtracts the maximum value or the minimum value output from the switching control circuit 734 from each of the three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R to obtain three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF, respectively.

以上のようにして得られた3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFは、通常はキャリア発生回路75からの正側及び負側のキャリアとPWM変調部74で比較され、その結果として3レベル電力変換器3を構成するスイッチング素子のゲート信号が得られる。尚、キャリア比較を行わないでゲート信号を得る例を実施例3で述べる。   The three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF obtained as described above are normally compared with the positive and negative carriers from the carrier generation circuit 75 by the PWM modulator 74, and as a result, three-level power conversion is performed. The gate signal of the switching element constituting the device 3 is obtained. An example in which a gate signal is obtained without carrier comparison will be described in the third embodiment.

以下にこの実施例1の効果について図3及び図4を参照して説明する。   The effects of the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

図3は、最小値検出回路733が切替制御回路734で選択されているときの3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFと正側キャリアの波形を示した図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating waveforms of the three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF and the positive carrier when the minimum value detection circuit 733 is selected by the switching control circuit 734.

また、図4は、最大値検出回路732が切替制御回路734で選択されているときの3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFと負側キャリアの波形を示した図である。両図において、実線で示す三角波は正側または負側キャリア、パターン線で示した電圧波形が電圧基準VU_REF、実線で示した電圧波形が電圧基準VV_REF、そして破線で示した電圧波形が電圧基準VW_REFである。 FIG. 4 is a diagram showing waveforms of the three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF and the negative carrier when the maximum value detection circuit 732 is selected by the switching control circuit 734. In both figures, a triangular wave indicated by a solid line is a positive or negative carrier, a voltage waveform indicated by a pattern line is a voltage reference VU_REF, a voltage waveform indicated by a solid line is a voltage reference VV_REF, and a voltage waveform indicated by a broken line is a voltage reference VW_REF. It is.

図3または図4に示すように、最大値検出回路732及び最小値検出回路733によって3相基本電圧基準EU_R、EV_R及びEW_Rを補正して3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFを得ることによって、常に1相はスイッチングを行わないゼロ電圧となる所謂2相変調モードが得られる。このようにすることによって、3相電圧基準の極性を同一極性として制御するので、低い電圧でのスイッチングを行うことが減少し、最小オンパルス幅を確保することが容易になる。また、最大値検出回路732及び最小値検出回路733の出力を切替制御回路734によって所定の周期で交互に切替えるので、正側と負側のスイッチング素子の通流率を均等化することができる。   As shown in FIG. 3 or 4, by correcting the three-phase basic voltage references EU_R, EV_R, and EW_R by the maximum value detection circuit 732 and the minimum value detection circuit 733, the three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF are obtained. A so-called two-phase modulation mode is obtained in which one phase is always zero voltage without switching. By doing so, since the polarity of the three-phase voltage reference is controlled to be the same polarity, switching at a low voltage is reduced, and it becomes easy to ensure the minimum on-pulse width. Further, since the outputs of the maximum value detection circuit 732 and the minimum value detection circuit 733 are alternately switched at a predetermined cycle by the switching control circuit 734, the flow rates of the positive side and negative side switching elements can be equalized.

次に、中性点の電圧変動に着目した説明を行う。   Next, an explanation will be given focusing on the voltage fluctuation at the neutral point.

まず、図3における最初のキャリア周期(時刻T0からT1)について考える。この1周期内においては、常にVV_REF=0で且つVW_REF>VU_REFとなる。そして、3相電圧基準の各々が正側キャリアより大きい期間でその電位が+Edとなるようにするので、この1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(+Ed、0、+Ed)⇒(0、0、+Ed)⇒(0、0、0)⇒(0、0、+Ed)⇒(+Ed、0、+Ed)
となる。ここで、(U、V、W)は夫々3相電圧基準VU_REF、VV_REF及びVW_REFでPWM制御を行ったときの各相の電位を表わす。また0は中性点電位を表わす。
First, consider the first carrier period (time T0 to T1) in FIG. Within this one cycle, VV_REF = 0 and VW_REF> VU_REF are always satisfied. Since each of the three-phase voltage references is set to have a potential of + Ed in a period larger than the positive carrier, the switching pattern transition order in this one cycle is
(U, V, W) = (+ Ed, 0, + Ed) => (0, 0, + Ed) => (0, 0, 0) => (0, 0, + Ed) => (+ Ed, 0, + Ed)
It becomes. Here, (U, V, W) represents the potential of each phase when PWM control is performed with the three-phase voltage references VU_REF, VV_REF, and VW_REF, respectively. 0 represents a neutral point potential.

同様に、図4における最初のキャリア周期(時刻T0からT1)について考える。この図4の時刻T0、T1が図3のT0、T1に夫々一致しているので、この場合、図1に示した反転回路76が無いときの図となっている点に注意が必要である。図4における1周期内では常にVW_REF=0で且つVU_REF>VV_REFとなる。そして、3相電圧基準の各々が負側キャリアより小さい期間でその電位が−Edとなるようにするので、この1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒(0、−Ed、0)⇒(−Ed、−Ed、0)⇒(0、−Ed、0)⇒(0、0、0)
となる。
Similarly, consider the first carrier period (time T0 to T1) in FIG. Since the times T0 and T1 in FIG. 4 coincide with T0 and T1 in FIG. 3, respectively, attention should be paid to the fact that in this case, there is no inverting circuit 76 shown in FIG. . In one cycle in FIG. 4, VW_REF = 0 and VU_REF> VV_REF are always satisfied. Since each of the three-phase voltage references is set to −Ed in a period smaller than the negative carrier, the transition order of the switching pattern in this one cycle is
(U, V, W) = (0, 0, 0) => (0, -Ed, 0) => (-Ed, -Ed, 0) => (0, -Ed, 0) => (0, 0, 0) )
It becomes.

この状態において切替制御回路734による切替動作を考える。図4でt=T1はキャリア同期信号が切替制御回路734に与えられるタイミングであるので、このタイミングで図3の状態から図4の状態へ切替えたとする。すると、切替によるスイッチングパターンの遷移は上記遷移順の最後の段階での遷移となるので、
(U、V、W)=(+Ed、0、+Ed)⇒(0、0、0)
となる。この遷移は、U相とW相の2相が同時にスイッチング動作を行ってしまうので中性点の電位が大きく変動する。
Consider the switching operation by the switching control circuit 734 in this state. In FIG. 4, t = T1 is the timing at which the carrier synchronization signal is given to the switching control circuit 734, and it is assumed that the state of FIG. 3 is switched to the state of FIG. 4 at this timing. Then, the transition of the switching pattern by switching is the transition at the last stage in the above transition order,
(U, V, W) = (+ Ed, 0, + Ed) => (0, 0, 0)
It becomes. In this transition, since the two phases of the U phase and the W phase perform switching operations simultaneously, the potential at the neutral point greatly fluctuates.

この対策として、図1の反転回路76を設け、正側キャリアを反転(180度位相シフト)させる。このようにすると図3の時刻T0からT1までの期間における正側キャリアは時刻T0、T1で最大値、時刻(T1−T0)/2でゼロとなる。従っては時刻T0からT1までの1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒(0、0、+Ed)⇒(+Ed、0、+Ed)⇒(0、0、+Ed)⇒(0、0、0)
となる。従って、図1に示した反転回路76を設けることにより、t=T1のタイミングで図3の状態から図4の状態へ切替えたときのスイッチングパターンの遷移は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒(0、0、0)
となる。この遷移は、スイッチング動作を行わないので、中性点の電位は変動しない。
As a countermeasure, the inversion circuit 76 in FIG. 1 is provided to invert the positive carrier (180 degree phase shift). In this way, the positive carrier in the period from time T0 to T1 in FIG. 3 becomes the maximum value at times T0 and T1, and becomes zero at time (T1−T0) / 2. Therefore, the transition order of the switching pattern in one cycle from time T0 to T1 is
(U, V, W) = (0, 0, 0) => (0, 0, + Ed) => (+ Ed, 0, + Ed) => (0, 0, + Ed) => (0, 0, 0)
It becomes. Therefore, by providing the inverting circuit 76 shown in FIG. 1, the transition of the switching pattern when switching from the state of FIG. 3 to the state of FIG. 4 at the timing of t = T1 is as follows:
(U, V, W) = (0, 0, 0) => (0, 0, 0)
It becomes. Since this transition does not perform a switching operation, the neutral point potential does not fluctuate.

上記説明は、図3、図4の1回目の周期、すなわち、図3においてはVV_REF=0、図4においてはVW_REF=0の期間で行ったものであるが、3相電圧基準は対称状態を保って変化しているので、他の期間で行っても成立することは明らかである。   The above description is made in the first cycle of FIGS. 3 and 4, that is, the period of VV_REF = 0 in FIG. 3 and VW_REF = 0 in FIG. It is clear that it will be established even if it is performed in other periods, since it is kept changing.

図5は本発明の実施例2の3レベル電力変換装置を示す回路構成図である。この実施例2の各部について、図1(a)の本発明の実施例1に係る3レベル電力変換装置の回路構成の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、反転回路76を正側キャリア側から負側キャリア側に移動し、基準キャリアに対して負側キャリアを反転させるようにした点である。   FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing the three-level power conversion device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those of the circuit configuration of the three-level power conversion device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that the inverting circuit 76 is moved from the positive carrier side to the negative carrier side so that the negative carrier is reversed with respect to the reference carrier.

実施例1で述べたように、キャリア発生回路75が出力する三角キャリアの最小値(谷)のタイミングでキャリア同期信号が出力され、切替制御回路734はキャリア同期信号を基準として所定の間隔で最大値と最小値を交互に切替えるように構成した場合は、図1に示したように反転回路76によって正側キャリアを反転すれば切替制御回路734の切替動作時の中性点変動が抑制された。   As described in the first embodiment, the carrier synchronization signal is output at the timing of the minimum value (valley) of the triangular carrier output from the carrier generation circuit 75, and the switching control circuit 734 is maximum at a predetermined interval with reference to the carrier synchronization signal. When the value and the minimum value are alternately switched, as shown in FIG. 1, if the positive carrier is inverted by the inverting circuit 76, the neutral point fluctuation during the switching operation of the switching control circuit 734 is suppressed. .

この実施例2は、キャリア発生回路75が出力する三角キャリアの最大値(山)のタイミングでキャリア同期信号を出力する場合に対応している。   The second embodiment corresponds to the case where the carrier synchronization signal is output at the timing of the maximum value (peak) of the triangular carrier output from the carrier generation circuit 75.

図3において、T0からT1の期間でキャリアを反転させるとこの場合に相当するので、
正側1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒(0、0、+Ed)⇒(+Ed、0、+Ed)⇒(0、0、+Ed)⇒(0、0、0)
となる。
In FIG. 3, if the carrier is inverted during the period from T0 to T1, this corresponds to this case.
The order of transition of the switching pattern in one cycle on the positive side is
(U, V, W) = (0, 0, 0) => (0, 0, + Ed) => (+ Ed, 0, + Ed) => (0, 0, + Ed) => (0, 0, 0)
It becomes.

これに対して、図4を参照した負側1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(−Ed、−Ed、0)⇒(0、−Ed、0)⇒(0、0、0)⇒(0、−Ed、0)⇒(−Ed、−Ed、0)
となる。これらは、図1または図5において反転回路76が無い場合の遷移である。
On the other hand, the transition order of the switching pattern in the negative one cycle with reference to FIG.
(U, V, W) = (-Ed, -Ed, 0) => (0, -Ed, 0) => (0, 0, 0) => (0, -Ed, 0) => (-Ed, -Ed , 0)
It becomes. These are transitions when the inverting circuit 76 is not provided in FIG. 1 or FIG.

このとき、切替によるスイッチングパターンの遷移は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒((−Ed、−Ed、0)
となる。この遷移は、U相とW相の2相が同時にスイッチング動作を行ってしまうので中性点の電位が大きく変動する。
At this time, the transition of the switching pattern by switching is
(U, V, W) = (0, 0, 0) => ((− Ed, −Ed, 0)
It becomes. In this transition, since the two phases of the U phase and the W phase perform switching operations simultaneously, the potential at the neutral point greatly fluctuates.

これに対して、図5のように反転回路76によって負側キャリアを反転させると、負側1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=0、0、0)⇒(0、−Ed、0)⇒(−Ed、−Ed、0)(0、−Ed、0)⇒(0、0、0)
となる。従って、切替制御回路734が切替動作を行ったときのスイッチングパターンの遷移は、
(U、V、W)=(0、0、0)⇒(0、0、0)
となる。この遷移は、スイッチング動作を行わないので、中性点の電位は変動しない。
On the other hand, when the negative side carrier is inverted by the inverting circuit 76 as shown in FIG.
(U, V, W) = 0, 0, 0) => (0, -Ed, 0) => (-Ed, -Ed, 0) (0, -Ed, 0) => (0, 0, 0)
It becomes. Therefore, the transition of the switching pattern when the switching control circuit 734 performs the switching operation is
(U, V, W) = (0, 0, 0) => (0, 0, 0)
It becomes. Since this transition does not perform a switching operation, the neutral point potential does not fluctuate.

以下、本発明の実施例3に係る3レベル電力変換装置を、図6を参照して説明する。   Hereinafter, the three-level power converter according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.

図6は図3に示した波形の最初のキャリア1周期(T0からT1まで)の拡大図である。実施例1の説明と重複するが、3相電圧基準の各々が正側キャリアより大きい期間でその電位が+Edとなるようにするので、この1周期におけるスイッチングパターンの遷移順は、
(U、V、W)=(+Ed、0、+Ed)⇒(0、0、+Ed)⇒(0、0、0)⇒(0、0、+Ed)⇒(+Ed、0、+Ed)
となる。図6にはこれらのスイッチングパターンが遷移するポイントの時刻t1乃至t4を示す。すなわち、上記の遷移パターンは、区間T0<t<t1、t1<t<t2、t2<t<t3、t3<t<t4、t4<t<T1に夫々対応している。
FIG. 6 is an enlarged view of the first carrier 1 period (from T0 to T1) of the waveform shown in FIG. Although overlapping with the description of the first embodiment, each of the three-phase voltage references is set to have a potential of + Ed in a period larger than the positive carrier, so that the switching pattern transition order in this one cycle is
(U, V, W) = (+ Ed, 0, + Ed) => (0, 0, + Ed) => (0, 0, 0) => (0, 0, + Ed) => (+ Ed, 0, + Ed)
It becomes. FIG. 6 shows points of time t1 to t4 at which these switching patterns transition. That is, the transition pattern corresponds to the sections T0 <t <t1, t1 <t <t2, t2 <t <t3, t3 <t <t4, and t4 <t <T1.

図6から分かるように上記における遷移ポイントt1乃至t4は以下のように簡単な線形演算によって求めることができる。但しTはキャリアの1周期、Vcpはキャリアのピーク値である。   As can be seen from FIG. 6, the transition points t1 to t4 in the above can be obtained by a simple linear calculation as follows. However, T is one period of the carrier, and Vcp is the peak value of the carrier.

t1=T0+T(VU_REF)/Vcp
t2=T0+T(VW_REF)/Vcp
t3=T1−T(VW_REF)/Vcp
t4=T1−T(VU_REF)/Vcp
上記は区間T0からT1の1周期での説明であるが、他の全ての周期、また図4に対応する負電圧を使用する周期でも同様の考えで演算可能である。このように遷移ポイントt1乃至t4を演算によって求めることができれば、図1におけるPMW制御回路74において、各相電圧基準とキャリアを比較してt1乃至t4を求める必要が無くなるので、構成が簡単になる。この場合、PMW制御回路74はキャリアの周期Tとピーク電圧Vcpの情報が与えられていればキャリアそのものの信号が無くてもPMWパターンに従った各スイッチング素子のゲート信号を作ることができる。
t1 = T0 + T (VU_REF) / Vcp
t2 = T0 + T (VW_REF) / Vcp
t3 = T1-T (VW_REF) / Vcp
t4 = T1-T (VU_REF) / Vcp
The above description is for one period from the interval T0 to T1, but the calculation can be performed in the same way for all other periods and also for the period using the negative voltage corresponding to FIG. If the transition points t1 to t4 can be obtained by calculation in this way, the PMW control circuit 74 in FIG. 1 does not need to obtain the t1 to t4 by comparing each phase voltage reference with the carrier, so that the configuration is simplified. . In this case, the PMW control circuit 74 can generate the gate signal of each switching element according to the PMW pattern even if there is no signal of the carrier itself if the information on the carrier cycle T and the peak voltage Vcp is given.

以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、実施例では3レベル電力変換装置の負荷は交流電動機4としたが、負荷は電動機には限らない。また、実施例では電動機制御部72においてベクトル制御を行う説明をしたが、これに限らず3相基本電圧基準を用いて3レベル電力変換器の出力電圧を制御するものであれば良い。例えば通常の3相電圧制御であっても良い。   For example, in the embodiment, the load of the three-level power converter is the AC motor 4, but the load is not limited to the motor. In the embodiment, the motor controller 72 performs the vector control. However, the present invention is not limited to this, and any device that controls the output voltage of the three-level power converter using a three-phase basic voltage reference may be used. For example, normal three-phase voltage control may be used.

また、実施例1では座標変換/ホールド回路でキャリア同期信号に従って3相基本電圧基準をホールドするようにしたが、減算回路735の出力側で補正後の3相電圧基準をホールドしても良い。   In the first embodiment, the coordinate conversion / hold circuit holds the three-phase basic voltage reference according to the carrier synchronization signal. However, the corrected three-phase voltage reference may be held on the output side of the subtraction circuit 735.

更に、上記ホールド回路を省略しても基本的には中性点電圧変動を発生する頻度が低減するので、本願は有効である。特にキャリア周波数が3相電圧基準の周波数に対して極めて大きい場合は上記ホールド回路を設けなくてもその効果に差異はない。   Furthermore, even if the hold circuit is omitted, the frequency of occurrence of neutral point voltage fluctuations is basically reduced, so the present application is effective. In particular, when the carrier frequency is extremely higher than the three-phase voltage reference frequency, there is no difference in the effect even if the hold circuit is not provided.

1 直流電源
2A、2B 直流コンデンサ
3 3レベル電力変換器
4 交流電動機
5 回転位置センサ
6 電流検出器
7 制御回路
71 微分回路
72 電動機制御部
73 電圧基準変換回路
74 PWM制御部
75 キャリア発生回路
76 反転回路
77 正バイアス加算回路
731 座標変換/ホールド回路
732 最大値検出回路
733 最小値検出回路
734 切替制御回路
735 減算回路
1 DC power supply 2A, 2B DC capacitor 3 3-level power converter 4 AC motor 5 rotational position sensor 6 current detector 7 control circuit 71 differentiation circuit 72 motor control unit 73 voltage reference conversion circuit 74 PWM control unit 75 carrier generation circuit 76 inversion Circuit 77 Positive bias addition circuit 731 Coordinate conversion / hold circuit 732 Maximum value detection circuit 733 Minimum value detection circuit 734 Switching control circuit 735 Subtraction circuit

Claims (5)

直流電源から供給される直流電力を3相交流電力に変換して負荷に供給する3レベル電力変換器と、
前記3レベル電力変換器をPWM制御する制御手段と
で構成し、
前記制御手段は、
前記3レベル電力変換器の3相の基本電圧基準を生成する手段と、
前記3相の基本電圧基準のうち最大となる相の値を検出する最大値検出手段と、
前記3相の基本電圧基準のうち最小となる相の値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段と前記最小値検出手段の出力を所定の周期で交互に切替える切替手段と、
この切替手段の出力を前記3相の基本電圧基準の各々から減算して3相電圧基準を得る補正手段と、
前記3相電圧基準と、正及び負側のキャリアとから、前記3レベル電力変換器を構成するスイッチング素子のゲートパルスを生成するPWM制御手段と、
このPWM制御手段用の三角波基準キャリアを発生し、これと同位相で負側キャリア、逆位相で正側キャリアを生成するキャリア生成手段と
を具備し、
前記切替手段は、前記キャリア発生手段が発生する三角波基準キャリアの最小値のタイミングで作動するようにしたことを特徴とする3レベル電力変換装置。
A three-level power converter that converts DC power supplied from a DC power source into three-phase AC power and supplies the load to a load;
The three-level power converter is configured with control means for PWM control,
The control means includes
Means for generating a three-phase basic voltage reference of the three-level power converter;
Maximum value detecting means for detecting a maximum phase value of the three-phase basic voltage reference;
Minimum value detecting means for detecting a minimum phase value of the three-phase basic voltage reference;
Switching means for alternately switching outputs of the maximum value detecting means and the minimum value detecting means at a predetermined cycle;
Correction means for subtracting the output of the switching means from each of the three-phase basic voltage references to obtain a three-phase voltage reference;
PWM control means for generating gate pulses of switching elements constituting the three-level power converter from the three-phase voltage reference and positive and negative carriers;
A carrier generating means for generating a triangular wave reference carrier for the PWM control means, generating a negative carrier in the same phase as this, and a positive carrier in the opposite phase;
The three-level power converter according to claim 1, wherein the switching means operates at the timing of the minimum value of the triangular wave reference carrier generated by the carrier generating means.
直流電源から供給される直流電力を3相交流電力に変換して負荷に供給する3レベル電力変換器と、
前記3レベル電力変換器をPWM制御する制御手段と
で構成し、
前記制御手段は、
前記3レベル電力変換器の3相の基本電圧基準を生成する手段と、
前記3相の基本電圧基準のうち最大となる相の値を検出する最大値検出手段と、
前記3相の基本電圧基準のうち最小となる相の値を検出する最小値検出手段と、
前記最大値検出手段と前記最小値検出手段の出力を所定の周期で交互に切替える切替手段と、
この切替手段の出力を前記3相の基本電圧基準の各々から減算して3相電圧基準を得る補正手段と、
前記3相電圧基準と、正及び負側のキャリアとから、前記3レベル電力変換器を構成するスイッチング素子のゲート制御用パルスを生成するPWM制御手段と、
このPWM制御手段用の三角波基準キャリアを発生し、これと同位相で正側キャリア、逆位相で負側キャリアを生成するキャリア生成手段と
を具備し、
前記切替手段は、前記キャリア発生手段が発生する三角波基準キャリアの最大値のタイミングで作動するようにしたことを特徴とする3レベル電力変換装置。
A three-level power converter that converts DC power supplied from a DC power source into three-phase AC power and supplies the load to a load;
The three-level power converter is configured with control means for PWM control,
The control means includes
Means for generating a three-phase basic voltage reference of the three-level power converter;
Maximum value detecting means for detecting a maximum phase value of the three-phase basic voltage reference;
Minimum value detecting means for detecting a minimum phase value of the three-phase basic voltage reference;
Switching means for alternately switching outputs of the maximum value detecting means and the minimum value detecting means at a predetermined cycle;
Correction means for subtracting the output of the switching means from each of the three-phase basic voltage references to obtain a three-phase voltage reference;
PWM control means for generating a gate control pulse of a switching element constituting the three-level power converter from the three-phase voltage reference and positive and negative carriers;
A carrier generating means for generating a triangular wave reference carrier for the PWM control means, and generating a positive carrier in the same phase and a negative carrier in the opposite phase;
3. The three-level power converter according to claim 1, wherein the switching means operates at the timing of the maximum value of the triangular wave reference carrier generated by the carrier generating means.
前記制御手段は、
前記3相基本電圧基準または前記3相電圧基準の各相の値を、前記キャリア発生手段が発生する三角波基準キャリアの最小値のタイミング毎にホールドするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の3レベル電力変換装置。
The control means includes
The value of each phase of the three-phase basic voltage reference or the three-phase voltage reference is held at every timing of the minimum value of the triangular wave reference carrier generated by the carrier generating means. The three-level power converter described.
前記制御手段は、
前記3相基本電圧基準または前記3相電圧基準の各相の値を、前記キャリア発生手段が発生する三角波基準キャリアの最大値のタイミング毎にホールドするようにしたことを特徴とする請求項2に記載の3レベル電力変換装置。
The control means includes
The value of each phase of the three-phase basic voltage reference or the three-phase voltage reference is held at every timing of the maximum value of the triangular wave reference carrier generated by the carrier generating means. The three-level power converter described.
前記PWM制御手段は、
前記3相電圧基準並びに前記三角波基準キャリアの周期とピーク電圧から、線形演算によって前記3レベル電力変換器を構成するスイッチング素子のゲート制御用パルスを生成するようにしたことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の3レベル電力変換装置。
The PWM control means includes
4. The gate control pulse of the switching element constituting the three-level power converter is generated by linear calculation from the period and peak voltage of the three-phase voltage reference and the triangular wave reference carrier. Or the 3 level power converter device of Claim 4.
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