JP5907140B2 - マトリクスコンバータ - Google Patents
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Description
を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する。
[1.1.マトリクスコンバータの構成]
図1は、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1は、3相交流電源2(以下、単に交流電源2と記載する)と負荷3との間に設けられる。負荷3は、例えば、交流電動機や発電機である。以下においては、交流電源2のR相、S相およびT相を入力相と記載し、負荷3のU相、V相およびW相を出力相と記載する。
には、入力電圧検出部12は、交流電源2のR相、S相、T相の各相電圧の瞬時値Er、Es、Et(以下、入力相電圧Er、Es、Etと記載する)を検出する。
図3は、制御部14の構成例を示す図である。図3に示すように、制御部14は、電圧指令演算部30と、PWMデューティ比演算部31(指令生成部の一例)と、転流制御部32とを有する。
Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのCPUは、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、電圧指令演算部30、PWMデューティ比演算部31および転流制御部32として機能する。なお、制御部14は、プログラムを用いずにハードウェアのみで構成されることがある。
電圧指令演算部30は、周波数指令f*および出力相電流Iu、Iv、Iwに基づき、各出力相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*(以下、電圧指令Vo*と総称する場合がある)を生成して出力する。周波数指令f*は、出力相電圧Vu、Vv、Vwの周波数の指令である。
PWMデューティ比演算部31は、電圧指令Vu*、Vv*、Vw*および入力相電圧Er、Es、Etに基づき、PWM電圧指令Vu1*、Vv1*、Vw1*(制御指令の一例)を生成する。PWM電圧指令Vu1*、Vv1*、Vw1*を生成する技術は、公知技術であり、例えば、特開2008−048550号公報、特開2012−239265号公報などに記載されている技術が用いられる。
転流制御部32は、負荷3に接続する交流電源2の相を双方向スイッチSにより切り替える転流制御を実行する。具体的には、転流制御部32は、PWM電圧指令Vo1*が変
化した場合に、出力電流Ioの極性に基づいて転流時における双方向スイッチSを構成するスイッチング素子Sa、Sbの切り替え順序を決定する。転流制御部32は、決定した切り替え順序に基づき、駆動信号Sgを生成する。
第1ステップ: 切り替え元の双方向スイッチSを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ioの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオフにする。
第2ステップ: 切り替え先の双方向スイッチSを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ioの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオンにする。
第3ステップ: 切り替え元の双方向スイッチSを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ioの極性と導通方向が同極性のスイッチング素子をオフにする。
第4ステップ: 切り替え先の双方向スイッチSを構成するスイッチング素子のうち、出力電流Ioの極性と導通方向が逆極性のスイッチング素子をオンにする。
Sg1o〜Sg6oの状態を順次変更する。これにより、出力相に出力される入力相電圧が切り替えられて転流制御が終了する。なお、信号生成部52は、状態S0から状態S2へ直接移行させることもできる。
短いと、出力相が開放され、サージ電圧による出力電圧の精度低下が発生する。
次に、第2の実施形態にかかるマトリクスコンバータについて説明する。第2の実施形態に係るマトリクスコンバータは、電圧転流法による転流制御を行う点で、電流転流法による転流制御を行う第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる。なお、以下においては、第1の実施形態に係るマトリクスコンバータ1と異なる転流制御部を中心に説明し、また、第1の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
第1ステップ: 切り替え先の逆バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第2ステップ: 切り替え元の逆バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
第3ステップ: 切り替え先の順バイアスされるスイッチング素子をオンにする。
第4ステップ: 切り替え元の順バイアスされるスイッチング素子をオフにする。
態S9へ移行する。具体的には、信号生成部52Aは、オーバフロー情報Sovfが通知されると状態S8から状態S3へ移行し、エッジ検出情報Sedgが通知されると状態S8から状態S9へ移行する。
2 交流電源
3 負荷
10 電力変換部
30 電圧指令演算部
31 PWMデューティ比演算部(指令生成部の一例)
32、32A 転流制御部
40 検出部
42 計時部
43、43A 切替部
S、Sru、Ssu、Stu、Srv、Ssv、Stv、Srw、Ssw、Stw 双方向スイッチ
Sa、Sb スイッチング素子
Tr、Ts、Tt 入力端子
Tu、Tv、Tw 出力端子
Vo1*、Vu1*、Vv1*、Vw1* PWM電圧指令(制御指令の一例)
Claims (8)
- 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をPWM制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御の切り替え先となる前記双方向スイッチを構成する一つの前記スイッチング素子をオンにする引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。 - 前記転流制御部は、
前記制御指令の変化を検出する検出部と、
予め設定されたステップ時間を計時する計時部と、
前記転流制御を実行していない状態で前記制御指令の変化を検出した場合、前記ステップ時間が経過する毎に前記複数のステップを順次切り替えて実行する切替部と、を備え、
前記切替部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令の変化を前記検出部が検出した場合、前記引継ステップを実行した後、途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記転流パターンは、前記電力変換部からの出力電流の極性に応じた4ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第2ステップまたは第3ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第3ステップから実行する
ことを特徴とする請求項2に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第1ステップの状態である場合、前記引継ステップを介さずに前記次の転流制御における前記転流パターンの第2ステップから実行する
ことを特徴とする請求項3に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記転流パターンは、前記交流電源の相電圧の大小関係に応じた4ステップの転流パターンであり、
前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第2ステップまたは第3ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第2ステップから実行する
ことを特徴とする請求項2に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記切替部は、
前記制御指令が変化したタイミングが、前記転流パターンの第1ステップの状態である場合、前記引継ステップを実行した後、前記次の転流制御における前記転流パターンの第2ステップから実行する
ことを特徴とする請求項5に記載のマトリクスコンバータ。 - 前記切替部は、
前記転流制御における切り替え元の前記交流電源の相電圧と切り替え先の前記交流電源の相電圧に応じて、前記引継ステップにおける前記双方向スイッチの導通方向を変更することを特徴とする請求項5または6に記載のマトリクスコンバータ。 - 複数のスイッチング素子により導通方向を制御可能な複数の双方向スイッチを有し、交流電源の各相に接続される複数の入力端子と負荷の各相に接続される複数の出力端子との間に前記複数の双方向スイッチが設けられた電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子をPWM制御する制御指令を生成する指令生成部と、
前記制御指令が変化した場合に複数のステップを有する転流パターンで前記複数のスイッチング素子を制御して転流制御を行う転流制御部と、を備え、
前記転流制御部は、
前記転流制御を実行中に前記制御指令が変化した場合、次の転流制御へ引き継ぐための引継ステップを実行した後、前記次の転流制御の途中のステップから前記次の転流制御を実行する
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
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