JP5961949B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、入力された電力をスイッチングして所定の電力に変換する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that converts input power to predetermined power by switching.

空気調和機の電動圧縮機などに用いるモータでは、その誘起電圧に基本周波数の5倍成分や7倍成分などの高調波成分が含まれる場合がある。従来の制御では、モータに電力を供給するインバータ回路は、モータに流れる相電流が正弦波になるように制御される。しかしながら、この制御では、モータ電圧歪みの影響でモータ電流に歪みが生じ、トルクリプルが発生する等の問題が生じる可能性がある。   In a motor used for an electric compressor of an air conditioner or the like, a harmonic component such as a five-fold component or a seven-fold component of the fundamental frequency may be included in the induced voltage. In the conventional control, the inverter circuit that supplies power to the motor is controlled so that the phase current flowing through the motor becomes a sine wave. However, this control may cause problems such as distortion of the motor current due to the influence of motor voltage distortion, and torque ripple.

そこで、モータのトルクリプルを相殺する補償電圧成分をあらかじめテーブルで用意し、この補償電圧を電圧指令に加算することで、トルクリプルを低減する技術が提案されている(例えば、特許文献2を参照)。   Therefore, a technique has been proposed in which a compensation voltage component that cancels out the torque ripple of the motor is prepared in advance in a table, and this compensation voltage is added to the voltage command to reduce the torque ripple (see, for example, Patent Document 2).

一方、いわゆるコンデンサレスインバータ(例えば特許文献1を参照)のように内部にエネルギー貯蔵要素を持たないインバータにおいては、トルクリプルが生じると、インバータに入力されるエネルギーにもその高調波成分が含まれることになり、電源高調波規制を満たすことができないといった問題も発生する。そこで、モータ電流の高調波成分を別途制御することで電流歪みやトルクリプルを低減する技術が提案されている(例えば特許文献3を参照)。   On the other hand, in a so-called capacitorless inverter (see, for example, Patent Document 1), in an inverter that does not have an energy storage element therein, when torque ripple occurs, the harmonic component is also included in the energy input to the inverter. Therefore, there arises a problem that the power supply harmonic regulation cannot be satisfied. Therefore, a technique for reducing current distortion and torque ripple by separately controlling the harmonic component of the motor current has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

特開2002−51589号公報JP 2002-51589 A 特開2008-219966号公報JP 2008-219966 A 特開2006-262700号公報JP 2006-262700 A

しかしながら、特許文献3の例では、モータの高速回転時など低減すべきリプルの周波数が高い場合には、汎用的な制御CPUでは十分な制御帯域が得られず、逆に高調波成分を増加させてしまうといった問題が生じる可能性がある。高性能なCPUを用いることも考えられるが、これではコストが増大してしまう。   However, in the example of Patent Document 3, when the ripple frequency to be reduced is high, such as when the motor rotates at high speed, a general-purpose control CPU cannot obtain a sufficient control band, and conversely increases harmonic components. May cause problems. Although it is conceivable to use a high-performance CPU, this increases the cost.

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、電力変換装置において、モータ電圧歪みに起因する電源高調波を増大させないようにすることを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and an object of the present invention is to prevent an increase in power supply harmonics caused by motor voltage distortion in a power converter.

前記の課題を解決するため、第1の発明は、
スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えて、交流電源(6)から供給された交流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続されたモータ(7)に供給する電力変換装置であって、
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部(5)と、
交流電源(6)の電源電圧(vin)を全波整流するコンバータ回路(2)と、
前記コンバータ回路(2)の出力に並列接続されたコンデンサ(3a)を有し、脈動する直流電圧(vdc)を出力する直流リンク部(3)と、
前記直流リンク部(3)の出力をスイッチングして交流に変換し、接続されたモータ(7)に供給するインバータ回路(4)とを備え、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の電流を制御する電流制御部(53)と、前記電流制御部(53)へ入力される高調波成分を低減する高調波成分除去部(52)とを備え、前記モータ(7)の電流(iu,iv,iw)が、前記電源電圧(vin)の脈動に同期して脈動するように、前記スイッチングを制御することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
A switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is provided, the AC power supplied from the AC power source (6) is converted into AC power of a predetermined voltage and frequency, and the connected motor (7 Power conversion device to supply to
A control unit (5) for controlling switching of the switching element ;
A converter circuit (2) for full-wave rectification of the power supply voltage (vin) of the AC power supply (6);
A DC link section (3) having a capacitor (3a) connected in parallel to the output of the converter circuit (2) and outputting a pulsating DC voltage (vdc);
An inverter circuit (4) for switching the output of the DC link part (3) to convert to AC and supplying the connected motor (7) ;
The control unit (5) includes a current control unit (53) that controls the current of the motor (7), and a harmonic component removal unit (52 that reduces harmonic components input to the current control unit (53). ), And the switching is controlled so that the current (iu, iv, iw) of the motor (7) pulsates in synchronization with the pulsation of the power supply voltage (vin) .

この構成では、高調波成分除去部(52)が電流制御部(53)へ入力される高調波成分を低減させるので、高調波成分を低減した信号が電流制御部(53)へ入力されることになる In this configuration, since the harmonic component removal unit (52) reduces the harmonic component input to the current control unit (53), a signal with the reduced harmonic component is input to the current control unit (53). Become .

の構成では、いわゆるコンデンサレスインバータ回路において、高調波成分を低減した信号が電流制御部(53)へ入力されることになる。 In this configuration, in a so-called capacitor-less inverter circuit, so that the signal having reduced harmonic components are an input current control unit (53).

また、第の発明は、
1の発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、入力電流(iin)、前記モータ(7)の実電流値(id,iq)、モータ(7)の電流指令値(id*,iq*)、及び前記実電流値(id,iq)と前記電流指令値(id*,iq*)の偏差の少なくとも1つに対して機能することを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the power converter of the first invention ,
The harmonic component removal unit (52) includes an input current (iin), an actual current value (id, iq) of the motor (7), a current command value (id * , iq * ) of the motor (7), and the It functions for at least one of the deviation between the actual current value (id, iq) and the current command value (id * , iq * ).

この構成では、前記入力電流(iin)、前記実電流値(id,iq)、電流指令値(id*,iq*)、及び前記実電流値(id,iq)と前記電流指令値(id*,iq*)の偏差等から高調波成分が低減されて、電流制御部(53)へ入力される。 In this configuration, the input current (iin), the actual current value (id, iq), the current command value (id * , iq * ), the actual current value (id, iq) and the current command value (id *) , iq * ) and the like are reduced to higher harmonic components and input to the current controller (53).

また、第の発明は、
第1又はの発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号から所定の周波数領域の信号を除去して出力することを特徴とする。
In addition, the third invention,
In power conversion device of the first or second aspect of the invention,
The harmonic component removing unit (52) removes a signal in a predetermined frequency region from an input signal to the harmonic component removing unit (52) and outputs the signal.

この構成では、所定の周波数領域の信号(例えばある周波数以上の信号)が、電流制御部(53)への入力から除去される。   In this configuration, a signal in a predetermined frequency region (for example, a signal having a certain frequency or higher) is removed from the input to the current control unit (53).

また、第の発明は、
第1又はの発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号に含まれる予め定められた周波数の信号を、低減すべき除去成分として抽出し、該入力信号から前記除去成分を減算することを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In power conversion device of the first or second aspect of the invention,
The harmonic component removal unit (52) extracts a signal having a predetermined frequency included in the input signal to the harmonic component removal unit (52) as a removal component to be reduced, and the input signal The removal component is subtracted.

この構成では、予め定められた周波数の信号(例えばモータ(7)の電圧の6次成分など)が、電流制御部(53)への入力から除去される。   In this configuration, a signal having a predetermined frequency (for example, a sixth-order component of the voltage of the motor (7)) is removed from the input to the current control unit (53).

また、第の発明は、
の発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、フーリエ変換によって前記除去成分を抽出することを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In the power converter of the fourth invention,
The harmonic component removing unit (52) extracts the removed component by Fourier transform.

この構成では、フーリエ変換によって除去成分を抽出するので、目的の除去成分を正確に抽出できる。   In this configuration, since the removal component is extracted by Fourier transform, the target removal component can be accurately extracted.

また、第の発明は、
又は第の発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記減算が行われた減算信号に含まれる高調波成分が低減するように除去成分を修正することを特徴とする。
In addition, the sixth invention,
In the power conversion device of the fourth or fifth invention,
The harmonic component removing unit (52) corrects the removed component so that the harmonic component contained in the subtracted signal subjected to the subtraction is reduced.

この構成では、減算結果に応じて除去成分が修正される。   In this configuration, the removal component is corrected according to the subtraction result.

また、第の発明は、
第1又はの発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)に入力される状態量をフーリエ変換することによって前記高調波成分を低減することを特徴とする。
In addition, the seventh invention,
In power conversion device of the first or second aspect of the invention,
The harmonic component removing unit (52) is characterized in that the harmonic component is reduced by Fourier-transforming a state quantity input to the harmonic component removing unit (52).

この構成では、高調波成分をフーリエ変換によって抽出するので、目的の周波数成分を正確に抽出できる。   In this configuration, since the harmonic component is extracted by Fourier transform, the target frequency component can be accurately extracted.

また、第の発明は、
又は第の発明の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記交流電源(6)の半周期の整数倍の期間に基づいて、フーリエ変換を行うことを特徴とする。
Further, the eighth invention is
In the power converter of the fifth or seventh invention,
The harmonic component removing unit (52) performs Fourier transform based on a period that is an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6).

この構成では、フーリエ変換を交流電源(6)の半周期の整数倍の期間行うことで、目的周波数の高調波成分の大きさを正確に把握できる。   In this configuration, the magnitude of the harmonic component of the target frequency can be accurately grasped by performing the Fourier transform for a period that is an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6).

また、第の発明は、
第1から第の発明のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記高調波成分には、前記モータ(7)の電圧の基本周波数を6n倍(nは整数)した周波数成分が含まれることを特徴とする。
In addition, the ninth invention,
In any one of the power converters of the first to eighth inventions,
The harmonic component includes a frequency component obtained by multiplying the fundamental frequency of the voltage of the motor (7) by 6n (n is an integer).

この構成では、比較的高い周波数成分を前記高調波成分として抽出することができる。   In this configuration, a relatively high frequency component can be extracted as the harmonic component.

また、第10の発明は、
第1から第の発明のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記モータ(7)の回転数、トルク、及び電力の何れかに応じて前記高調波成分の除去量を変化させることを特徴とする。
The tenth aspect of the invention is
In any one of the power converters of the first to ninth inventions,
The harmonic component removal unit (52) changes the removal amount of the harmonic component according to any of the rotational speed, torque, and electric power of the motor (7).

この構成では、運転状態に追従させて前記高調波成分の除去量を変化させることが可能になる。   In this configuration, it is possible to change the removal amount of the harmonic component by following the operating state.

第1の発明によれば、高調波成分が低減された信号が電流制御部(53)へ入力されるので、電力変換装置において、モータ電圧歪みに起因する電源高調波を増大させないようにすることが可能になる。   According to the first aspect of the invention, since the signal with the reduced harmonic component is input to the current control unit (53), the power converter is configured not to increase the power supply harmonic caused by the motor voltage distortion. Is possible.

また、第の発明によれば、いわゆるコンデンサレスインバータ回路において、モータ電圧歪みに起因する電源高調波を増大させないようにすることが可能になる。 Further, according to the first invention, in the so-called capacitorless inverter circuit, it is possible to prevent the power source harmonics caused by the motor voltage distortion from increasing.

また、第の発明によれば、前記入力電流(iin)、前記実電流値(id,iq)、電流指令値(id*,iq*)、及び前記実電流値(id,iq)と前記電流指令値(id*,iq*)の偏差の少なくとも1つから高調波成分が除去されるので、モータ電圧歪みに起因する電源高調波を増大させないようにすることが可能になる。 According to the second invention, the input current (iin), the actual current value (id, iq), the current command value (id * , iq * ), the actual current value (id, iq) and the Since the harmonic component is removed from at least one of the deviations of the current command value (id * , iq * ), it is possible to prevent the power supply harmonic caused by the motor voltage distortion from increasing.

また、第の発明によれば、所定周波数領域の成分が低減された信号が電流制御部(53)へ入力されるので、電力変換装置において、モータ電圧歪みに起因する、当該周波数領域における電源高調波を増大させないようにすることが可能になる。 According to the third aspect of the invention, since the signal in which the component in the predetermined frequency region is reduced is input to the current control unit (53), in the power conversion device, the power supply in the frequency region caused by motor voltage distortion It becomes possible not to increase the harmonics.

また、第の発明によれば、予め定められた周波数成分が低減された信号が電流制御部(53)へ入力されるので、電力変換装置において、モータ電圧歪みに起因する、当該周波数における電源高調波を増大させないようにすることが可能になる。 According to the fourth aspect of the invention, since the signal in which the predetermined frequency component is reduced is input to the current control unit (53), the power converter has a power supply at the frequency caused by motor voltage distortion. It becomes possible not to increase the harmonics.

また、第の発明によれば、目的の周波数成分を正確に抽出できるので、電源高調波を増大をより確実に抑制することがきる。 Further, according to the fifth aspect , since the target frequency component can be accurately extracted, it is possible to more reliably suppress an increase in power supply harmonics.

また、第の発明によれば、前記除去成分が修正されるので、より確実に前記高調波成分を低減することが可能になる。 According to the sixth aspect of the invention, the removal component is corrected, so that the harmonic component can be more reliably reduced.

また、第の発明によれば、目的の周波数成分を正確に抽出できるので、電源高調波を増大をより確実に抑制することがきる。 Further, according to the seventh aspect , since the target frequency component can be accurately extracted, it is possible to more reliably suppress an increase in power supply harmonics.

また、第の発明によれば、目的周波数の高調波成分の大きさを正確に把握できるので、電源高調波を増大をより確実に抑制することがきる。 Further, according to the eighth invention, since the magnitude of the harmonic component of the target frequency can be accurately grasped, it is possible to more reliably suppress an increase in the power supply harmonic.

また、第の発明によれば、比較的高い周波数成分を前記高調波成分として抽出することができるので、電源高調波を増大をより確実に抑制することがきる。 Further, according to the ninth aspect , since a relatively high frequency component can be extracted as the harmonic component, it is possible to more reliably suppress an increase in power supply harmonics.

また、第10の発明によれば、運転状態が変化しても、電源高調波を増大をより確実に抑制することがきる。 According to the tenth aspect , even if the operating state changes, it is possible to more reliably suppress an increase in power harmonics.

図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power converter according to an embodiment of the present invention. 図2は、制御部の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit. 図3は、電流指令生成部の構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the current command generation unit. 図4は、高調波成分除去部の構成例を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the harmonic component removing unit. 図5は、電圧歪み補正部の構成例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the voltage distortion correction unit. 図6は、電圧歪み補正部が行う補償電圧動作を説明するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart for explaining the compensation voltage operation performed by the voltage distortion correction unit. 図7(A)は、補償電圧を重畳しなかった場合の、モータの入力電力、U相の相電圧、モータ電流を示す波形図である。また、図7(B)は、補償電圧を重畳した場合の、入力電力、相電圧、モータ電流を示す波形図である。FIG. 7A is a waveform diagram showing motor input power, U-phase phase voltage, and motor current when no compensation voltage is superimposed. FIG. 7B is a waveform diagram showing input power, phase voltage, and motor current when the compensation voltage is superimposed. 図8は、マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the matrix converter. 図9は、交流電源として三相の交流電源を用いた場合の電力変換装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the power conversion device when a three-phase AC power source is used as the AC power source.

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

《全体構成》
図1は、本発明の実施形態に係る電力変換装置(1)の構成を示すブロック図である。同図に示すように電力変換装置(1)は、コンバータ回路(2)、直流リンク部(3)、インバータ回路(4)、及び制御部(5)を備え、単相の交流電源(6)から供給された交流の電力を所定の周波数の電力に変換して、モータ(7)に供給するようになっている。なお、本実施形態のモータ(7)は、三相交流モータであり、空気調和機の冷媒回路に設けられた圧縮機を駆動するためのものである。より具体的には、モータ(7)は、4極6スロットの集中巻モータである。このモータ(7)では、誘起電圧の高調波成分として、基本波の5,7次成分が多く含まれる傾向にある。このモータ電圧歪みに基づく高調波成分は電源電流や直流リンク電圧(後述)にも現れる。
"overall structure"
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device (1) according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the power converter (1) includes a converter circuit (2), a DC link unit (3), an inverter circuit (4), and a control unit (5), and a single-phase AC power source (6). The AC power supplied from is converted into power of a predetermined frequency and supplied to the motor (7). In addition, the motor (7) of this embodiment is a three-phase alternating current motor, and is for driving the compressor provided in the refrigerant circuit of the air conditioner. More specifically, the motor (7) is a 4-pole 6-slot concentrated winding motor. In this motor (7), the harmonic components of the induced voltage tend to include many fifth and seventh order components of the fundamental wave. The harmonic component based on the motor voltage distortion also appears in the power supply current and DC link voltage (described later).

〈コンバータ回路(2)〉
コンバータ回路(2)は、リアクトル(L)を介して交流電源(6)に接続され、交流電源(6)が出力した交流を直流に全波整流する。この例では、コンバータ回路(2)は、複数(本実施形態では4つ)のダイオード(D1〜D4)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(D1〜D4)は、交流電源(6)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。
<Converter circuit (2)>
The converter circuit (2) is connected to the AC power source (6) via the reactor (L), and full-wave rectifies the AC output from the AC power source (6) to DC. In this example, the converter circuit (2) is a diode bridge circuit in which a plurality (four in the present embodiment) of diodes (D1 to D4) are connected in a bridge shape. These diodes (D1 to D4) perform full-wave rectification on the AC voltage of the AC power supply (6) and convert it to a DC voltage.

〈直流リンク部(3)〉
直流リンク部(3)は、コンデンサ(3a)を備えている。コンデンサ(3a)は、コンバータ回路(2)の出力に並列接続され、該コンデンサ(3a)の両端に生じた直流電圧(直流リンク電圧(vdc))がインバータ回路(4)の入力ノードに接続されている。コンデンサ(3a)は、例えばフィルムコンデンサによって構成されている。このコンデンサ(3a)は、インバータ回路(4)のスイッチング素子(後述)がスイッチング動作する際に、スイッチング周波数に対応して生じるリプル電圧(電圧変動)のみを平滑化可能な静電容量を有している。すなわち、コンデンサ(3a)は、コンバータ回路(2)によって整流された電圧(電源電圧に起因する電圧変動)を平滑化するような静電容量を有さない小容量のコンデンサである。そのため、直流リンク部(3)が出力する直流リンク電圧(vdc)は、その最大値がその最小値の2倍以上となるような大きな脈動を有している。
<DC link (3)>
The DC link part (3) includes a capacitor (3a). The capacitor (3a) is connected in parallel to the output of the converter circuit (2), and the DC voltage (DC link voltage (vdc)) generated across the capacitor (3a) is connected to the input node of the inverter circuit (4). ing. The capacitor (3a) is constituted by, for example, a film capacitor. This capacitor (3a) has a capacitance capable of smoothing only the ripple voltage (voltage fluctuation) generated corresponding to the switching frequency when the switching element (described later) of the inverter circuit (4) performs switching operation. ing. That is, the capacitor (3a) is a small-capacitance capacitor that does not have a capacitance that smoothes the voltage rectified by the converter circuit (2) (voltage fluctuation caused by the power supply voltage). Therefore, the DC link voltage (vdc) output from the DC link unit (3) has a large pulsation such that the maximum value is twice or more the minimum value.

〈インバータ回路(4)〉
インバータ回路(4)は、入力ノードが直流リンク部(3)のコンデンサ(3a)に並列に接続され、直流リンク部(3)の出力をスイッチングして三相交流に変換し、接続されたモータ(7)に供給するようになっている。本実施形態のインバータ回路(4)は、複数のスイッチング素子がブリッジ結線されて構成されている。このインバータ回路(4)は、三相交流をモータ(7)に出力するので、6個のスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えている。詳しくは、インバータ回路(4)は、2つのスイッチング素子を互いに直列接続してなる3つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子(Su,Sv,Sw)と下アームのスイッチング素子(Sx,Sy,Sz)との中点が、それぞれモータ(7)の各相のコイル(図示は省略)に接続されている。また、各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)には、還流ダイオード(Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz)が逆並列に接続されている。インバータ回路(4)は、これらのスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のオンオフ動作によって、直流リンク部(3)から入力された直流リンク電圧(vdc)をスイッチングして三相交流電圧に変換し、モータ(7)へ供給する。なお、このオンオフ動作の制御は、制御部(5)が行う。
<Inverter circuit (4)>
The inverter circuit (4) has an input node connected in parallel to the capacitor (3a) of the DC link section (3), and switches the output of the DC link section (3) to convert it to three-phase AC, and is connected to the motor (7) to supply. The inverter circuit (4) of the present embodiment is configured by a plurality of switching elements being bridge-connected. Since this inverter circuit (4) outputs three-phase alternating current to the motor (7), it has six switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Specifically, the inverter circuit (4) includes three switching legs formed by connecting two switching elements in series with each other, and in each switching leg, an upper arm switching element (Su, Sv, Sw) and a lower arm switching element. The midpoints of (Sx, Sy, Sz) are respectively connected to coils (not shown) of each phase of the motor (7). In addition, free-wheeling diodes (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) are connected in antiparallel to each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). The inverter circuit (4) switches the DC link voltage (vdc) input from the DC link unit (3) by turning on and off these switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Convert to phase AC voltage and supply to motor (7). The control unit (5) controls the on / off operation.

〈制御部(5)〉
制御部(5)は、モータ(7)に流れる電流(モータ電流(iu,iv,iw))が、電源電圧(vin)の脈動に同期して脈動するように、インバータ回路(4)におけるスイッチング(オンオフ動作)を制御する。すなわち、電力変換装置(1)は、いわゆるコンデンサレスインバータの一例である。図2は、制御部(5)の構成例を示すブロック図である。この例では、制御部(5)は、速度制御部(50)、電流指令生成部(51)、高調波成分除去部(52)、dq軸電流制御部(53)、電圧歪み補正部(54)及びPWM演算部(55)を備えている。
<Control part (5)>
The control unit (5) performs switching in the inverter circuit (4) so that the current flowing through the motor (7) (motor current (iu, iv, iw)) pulsates in synchronization with the pulsation of the power supply voltage (vin). (ON / OFF operation) is controlled. That is, the power converter (1) is an example of a so-called capacitorless inverter. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit (5). In this example, the control unit (5) includes a speed control unit (50), a current command generation unit (51), a harmonic component removal unit (52), a dq-axis current control unit (53), and a voltage distortion correction unit (54 ) And a PWM calculation unit (55).

−速度制御部(50)−
速度制御部(50)は、モータ(7)の機械角の回転角周波数(ωm)と、機械角の指令値(ωm*)との偏差を求めるとともに、該偏差に比例・積分演算(PI演算)を行ってトルク指令値(T*)を電流指令生成部(51)に出力する。
-Speed control unit (50)-
The speed controller (50) obtains a deviation between the rotation angle frequency (ωm) of the mechanical angle of the motor (7) and the command value (ωm * ) of the mechanical angle, and proportional / integral calculation (PI calculation) to the deviation. ) To output the torque command value (T * ) to the current command generator (51).

−電流指令生成部(51)−
図3は、電流指令生成部(51)の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、この電流指令生成部(51)は、基本波成分演算部(51a)、絶対値演算部(51b)(図3ではabsと略記)、入力電流制御部(51c)、dq電流指令値生成部(51d)、乗算器(51e,51f)、及び加算器(51g)を備え、トルク指令値(T*)、電源電圧(vin)の位相角(θin)の正弦値(sin(θin))、及び入力電流(iin)の絶対値(|iin|)が入力されている。
-Current command generator (51)-
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the current command generation unit (51). As shown in the figure, the current command generation unit (51) includes a fundamental wave component calculation unit (51a), an absolute value calculation unit (51b) (abbreviated as abs in FIG. 3), an input current control unit (51c), A dq current command value generation unit (51d), a multiplier (51e, 51f), and an adder (51g) are provided. The torque command value (T * ) and the sine value of the phase angle (θin) of the power supply voltage (vin) ( sin (θin)) and the absolute value (| iin |) of the input current (iin).

この電流指令生成部(51)では、基本波成分演算部(51a)は、交流電源(6)の半周期の整数倍の期間、フーリエ変換を行って入力電流(iin)の絶対値から、電源電圧の基本波成分を抽出するようになっている。このように、フーリエ変換を交流電源(6)の半周期の整数倍とすることで、所望の周波数成分を適切に抽出することが可能になる。この例では、具体的には、基本波成分演算部(51a)は、sin(θin)と入力電流(iin)との積を平均化した値の2倍を、第1の値(iin_1st)として求めている。   In this current command generation unit (51), the fundamental wave component calculation unit (51a) performs a Fourier transform for a period that is an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6), and calculates the power supply from the absolute value of the input current (iin). The fundamental wave component of the voltage is extracted. Thus, it becomes possible to appropriately extract a desired frequency component by setting the Fourier transform to an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6). In this example, specifically, the fundamental wave component calculation unit (51a) sets twice the value obtained by averaging the product of sin (θin) and the input current (iin) as the first value (iin_1st). Looking for.

絶対値演算部(51b)は、sin(θin)の絶対値を求めるようになっている。また、乗算器(51e)は、sin(θin)の絶対値に第1の値(iin_1st)を乗じて入力電流の絶対値の指令値(|iin*|)を求めるようになっている。 The absolute value calculation unit (51b) obtains the absolute value of sin (θin). The multiplier (51e) obtains a command value (| iin * |) of the absolute value of the input current by multiplying the absolute value of sin (θin) by the first value (iin_1st).

入力電流制御部(51c)は、入力電流(iin)の絶対値の指令値(|iin*|)と、入力電流(iin)の絶対値(|iin|)との偏差が小さくなるように指令値を生成する。 The input current controller (51c) commands the deviation between the absolute value of the input current (iin) (| iin * |) and the absolute value of the input current (iin) (| iin |) to be small. Generate a value.

乗算器(51f)は、sin(θin)の絶対値とトルク指令値(T*)とを乗算する。この乗算結果は、電源周波数の2倍の周波数で脈動する。この乗算結果は、加算器(51g)に入力される。加算器(51g)は、乗算器(51f)の出力と、入力電流制御部(51c)が出力した指令値とを加算する。加算結果は、電流指令値(idq*)としてdq電流指令値生成部(51d)に入力される。 The multiplier (51f) multiplies the absolute value of sin (θin) and the torque command value (T * ). This multiplication result pulsates at a frequency twice the power supply frequency. The multiplication result is input to the adder (51g). The adder (51g) adds the output of the multiplier (51f) and the command value output from the input current control unit (51c). The addition result is input to the dq current command value generation unit (51d) as a current command value (idq * ).

dq電流指令値生成部(51d)は、電流指令値(idq*)と、後述の電流位相指令値(β*)とから、d軸電流指令値(id*)とq軸電流指令値(iq*)を求めて、高調波成分除去部(52)に出力するようになっている。詳しくは、dq電流指令値生成部(51d)は、電流指令値(idq*)に対して所定値(β*)の負の正弦値(−sinβ*)と余弦値(cosβ*)とを乗じて、それぞれd軸電流指令値(id*)とq軸電流指令値(iq*)とを生成する。ここで、β*は、モータ(7)に流す電流の位相βの指令値である。 The dq current command value generation unit (51d) calculates a d-axis current command value (id * ) and a q-axis current command value (iq) from a current command value (idq * ) and a current phase command value (β * ) described later. * ) Is obtained and output to the harmonic component removal unit (52). Specifically, the dq current command value generation unit (51d) multiplies the current command value (idq * ) by a negative sine value (−sin β * ) of a predetermined value (β * ) and a cosine value (cos β * ). Thus, a d-axis current command value (id * ) and a q-axis current command value (iq * ) are generated. Here, β * is a command value of the phase β of the current flowing through the motor (7).

−高調波成分除去部(52)−
高調波成分除去部(52)は、入力された信号から、モータ電流歪みに基づく高調波成分を低減する。図2に示すように、高調波成分除去部(52)は2箇所に設けられている。図2等では両者を区別するため、符号に枝番(-1,2)を付してある。図4は、高調波成分除去部(52)の構成例を示すブロック図である。図4では、電流指令生成部(51)に接続された高調波成分除去部(52-1)を例示してある。高調波成分除去部(52-1)には、電流指令値(id*,iq*)が入力されている。なお、高調波成分除去部(52-2)は、入力される信号が電流指令値(id’*,iq’*)と実電流値(id,iq)の偏差である点が高調波成分除去部(52-1)と異なる。
-Harmonic component removal unit (52)-
The harmonic component removing unit (52) reduces the harmonic component based on the motor current distortion from the input signal. As shown in FIG. 2, the harmonic component removal unit (52) is provided at two locations. In FIG. 2 and the like, branch numbers (−1, 2) are added to the reference numerals to distinguish the two. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the harmonic component removing unit (52). FIG. 4 illustrates the harmonic component removal unit (52-1) connected to the current command generation unit (51). The current command value (id * , iq * ) is input to the harmonic component removal unit (52-1). The harmonic component removal unit (52-2) removes harmonic components when the input signal is the deviation between the current command value (id ' * , iq' * ) and the actual current value (id, iq). Part (52-1).

高調波成分除去部(52-1)では、交流電源(6)の半周期の整数倍の期間に基づいて、フーリエ変換を行って電流指令値(id*,iq*)から、モータ(7)の電圧の6次成分を抽出するようになっている。具体的には高調波成分除去部(52-1)は、d軸電流指令値(id*)とsin(6θ)の積とd軸電流指令値(id*)とcos(6θ)の積を平均化した値の2倍の値を求め、その値とsin(6θ)、cos(6θ)の積を加算し、d軸電流指令値(id*)の6次成分(id_6th*)として求める。ここで、θは、モータ(7)の電圧の基本波成分の位相である。高調波成分除去部(52-1)は、d軸電流指令値(id*)から6次成分(id_6th*)を減算した値を出力する。すなわち、id*×sin6θを平均化した値の2倍の値をid_sin6θとし、id*×cos6θを平均化した値の2倍の値をid_cos6θとすると、id_6th*は以下のように表せる。 In the harmonic component removal unit (52-1), the Fourier transform is performed based on a period that is an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6) to obtain the motor (7) from the current command value (id * , iq * ). The sixth-order component of the voltage is extracted. Specifically, the harmonic component removing unit (52-1) calculates the product of the d-axis current command value (id * ) and sin (6θ) and the product of the d-axis current command value (id * ) and cos (6θ). A value twice the averaged value is obtained, and the product of the value and sin (6θ) and cos (6θ) is added to obtain the sixth-order component (id_6th * ) of the d-axis current command value (id * ). Here, θ is the phase of the fundamental wave component of the voltage of the motor (7). The harmonic component removal unit (52-1) outputs a value obtained by subtracting the sixth-order component (id_6th * ) from the d-axis current command value (id * ). That is, twice the value of the averaged value of the id * × sin6θ and Id_sin6shita, When id_cos6θ twice the value of the averaged value of the id * × cos6θ, id_6th * can be expressed as follows.

id_6th*=id_sin6θ×sin6θ+id_cos6θ×cos6θ
また、高調波成分除去部(52-1)は、q軸電流指令値(iq*)とsin(6θ)の積とq軸電流指令値(iq*)とcos(6θ)の積を加算し、平均化した値の2倍の値を求め、その値とsin(6θ)、cos(6θ)の積を加算し、q軸電流指令値(iq*)の6次成分(iq_6th*)として求める。高調波成分除去部(52-1)は、q軸電流指令値(iq*)から6次成分(iq_6th*)を減算した値を出力する。
id_6th * = id_sin6θ × sin6θ + id_cos6θ × cos6θ
The harmonic component removal unit (52-1) adds the product of the q-axis current command value (iq * ) and sin (6θ) and the product of the q-axis current command value (iq * ) and cos (6θ). Then, a value twice the averaged value is obtained, and the product of that value and sin (6θ) and cos (6θ) is added to obtain the sixth-order component (iq_6th * ) of the q-axis current command value (iq * ). . The harmonic component removal unit (52-1) outputs a value obtained by subtracting the sixth-order component (iq_6th * ) from the q-axis current command value (iq * ).

なお、モータ電流歪みに基づく高調波成分は、モータ(7)の電圧の基本波の周波数(基本周波数位相(θ))の6n倍(nは整数)の周波数成分を有している。   The harmonic component based on the motor current distortion has a frequency component that is 6n times (n is an integer) the fundamental frequency (basic frequency phase (θ)) of the voltage of the motor (7).

−dq軸電流制御部(53)−
dq軸電流制御部(53)は、本発明の電流制御部の一例である。dq軸電流制御部(53)は、モータ電流(iu,iv,iw)の指令値(id’*,iq’*)と実電流値(id,iq)との偏差が小さくなるように、電圧指令値(vd*,vq*)を生成する。
-Dq axis current controller (53)-
The dq axis current control unit (53) is an example of the current control unit of the present invention. The dq-axis current control unit (53) is configured so that the deviation between the command value (id ' * , iq' * ) of the motor current (iu, iv, iw) and the actual current value (id, iq) is small. A command value (vd * , vq * ) is generated.

−電圧歪み補正部(54)−
制御部(5)では、電源側に含まれる、モータ電圧歪みに基づく高調波成分(後述)が低減するように、インバータ回路(4)への電圧指令値(vd*,vq*)に、補償値(後述の補償電圧(vd_h,vq_h))を調整する。電圧歪み補正部(54)は、この補償電圧(vd_h,vq_h)を生成する。
-Voltage distortion correction section (54)-
The control unit (5) compensates for the voltage command values (vd * , vq * ) to the inverter circuit (4) so that harmonic components (described later) contained in the power supply side based on motor voltage distortion are reduced. The value (compensation voltage (vd_h, vq_h) described later) is adjusted. The voltage distortion correction unit (54) generates this compensation voltage (vd_h, vq_h).

図5は、電圧歪み補正部(54)の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、電圧歪み補正部(54)は、位相調整部(54a)、ゲイン調整部(54b)、乗算器(54c)を備えている。電圧歪み補正部(54)は、直流リンク電圧(vdc)に含まれる誘起電圧の基本波成分の6倍の周波数(すなわち、前記基本周波数の6倍の周波数)の信号(モータ電圧歪みに基づく高調波成分)を抽出している。具体的には、電圧歪み補正部(54)は、直流リンク電圧(vdc)をフーリエ変換して前記基本周波数の6倍の周波数成分を得ている。また、電圧歪み補正部(54)には、ωφが入力されている。このωφは、無負荷誘起電圧である。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the voltage distortion correction unit (54). As shown in the figure, the voltage distortion correction unit (54) includes a phase adjustment unit (54a), a gain adjustment unit (54b), and a multiplier (54c). The voltage distortion correction unit (54) has a signal (a harmonic based on the motor voltage distortion) having a frequency 6 times the fundamental wave component of the induced voltage included in the DC link voltage (vdc) (that is, a frequency 6 times the fundamental frequency). Wave component). Specifically, the voltage distortion correction unit (54) obtains a frequency component that is six times the fundamental frequency by Fourier transforming the DC link voltage (vdc). Further, ωφ is input to the voltage distortion correction unit (54). This ωφ is a no-load induced voltage.

ゲイン調整部(54b)では、ωφのゲインを調整している(以下、電圧振幅(Vh)とよぶ)。   The gain adjustment unit (54b) adjusts the gain of ωφ (hereinafter referred to as voltage amplitude (Vh)).

位相調整部(54a)は、直流リンク電圧(vdc)に含まれるモータの電圧の基本波成分の6倍周波数成分の位相(δ)を検出し、その位相を調整(後述)して出力する。位相調整部(54a)の出力は、6θと加算される。これにより、(6θ+δ)が算出される。   The phase adjustment unit (54a) detects the phase (δ) of the six-fold frequency component of the fundamental voltage component of the motor voltage included in the DC link voltage (vdc), adjusts the phase (described later), and outputs the result. The output of the phase adjustment unit (54a) is added to 6θ. Thereby, (6θ + δ) is calculated.

そして、電圧歪み補正部(54)では、-sin(6θ+δ)と電圧振幅(Vh)の積を求めて、d軸電圧指令値(vd*)を補正するd軸補償電圧(vd_h)を生成する。また、電圧歪み補正部(54)は、-cos(6θ+δ)と電圧振幅(Vh)の積を求めて、q軸電圧指令値(vq*)を補正するq軸補償電圧(vq_h)を生成する。この例では、それぞれの補償電圧(vd_h,vq_h)は、モータ(7)の電圧の基本波の周波数(基本周波数位相(θ))の6n倍(nは整数)の周波数成分を有している。d軸補償電圧(vd_h)、q軸補償電圧(vq_h)は、dq軸電流制御部(53)が出力したd軸電圧指令値(vd*)、q軸電圧指令値(vq*)とそれぞれ加算され、新たなd軸電圧指令値(vd’*)、q軸電圧指令値(vq’*)としてPWM演算部(55)に出力される。すなわち、PWM演算部(55)に出力される電圧指令値(vd’*,vq’*)は、前記高調波成分に応じて補償されることになる。本実施形態では、電源側に含まれる、モータ電圧歪みに基づく高調波成分が低減するように、補償電圧(vd_h,vq_h)が変更される。より具体的には、後述のように、前記位相(δ)の値が調整される。 The voltage distortion correction unit (54) calculates the product of −sin (6θ + δ) and the voltage amplitude (Vh), and generates a d-axis compensation voltage (vd_h) for correcting the d-axis voltage command value (vd * ). . The voltage distortion correction unit (54) calculates the product of −cos (6θ + δ) and the voltage amplitude (Vh), and generates a q-axis compensation voltage (vq_h) for correcting the q-axis voltage command value (vq * ). . In this example, each compensation voltage (vd_h, vq_h) has a frequency component of 6n times (n is an integer) the fundamental frequency (basic frequency phase (θ)) of the voltage of the motor (7). . The d-axis compensation voltage (vd_h) and q-axis compensation voltage (vq_h) are added to the d-axis voltage command value (vd * ) and q-axis voltage command value (vq * ) output from the dq-axis current controller (53), respectively. Then, the new d-axis voltage command value (vd ′ * ) and the q-axis voltage command value (vq ′ * ) are output to the PWM calculation unit (55). That is, the voltage command value (vd ′ * , vq ′ * ) output to the PWM calculation unit (55) is compensated according to the harmonic component. In the present embodiment, the compensation voltage (vd_h, vq_h) is changed so that the harmonic component based on the motor voltage distortion included on the power supply side is reduced. More specifically, the value of the phase (δ) is adjusted as will be described later.

−PWM演算部(55)−
PWM演算部(55)は、d軸電圧指令値(vd’*)、q軸電圧指令値(vq’*)、直流リンク電圧(vdc)、及び、モータ(7)の回転子(図示は省略)の回転角(電気角(θe))が入力されている。PWM演算部(55)は、これらの値に基づいて、各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のオンオフ動作を制御するゲート信号(G)を生成する。
-PWM operation part (55)-
The PWM calculation unit (55) includes a d-axis voltage command value (vd ' * ), a q-axis voltage command value (vq' * ), a DC link voltage (vdc), and a rotor of the motor (7) (not shown) ) Rotation angle (electrical angle (θe)). Based on these values, the PWM calculation unit (55) generates a gate signal (G) that controls the on / off operation of each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz).

〈電力変換装置(1)の動作〉
〈概要〉
本実施形態では、直流リンク部(3)に小容量のコンデンサ(3a)を設けているため、直流リンク電圧(vdc)がより大きく脈動する。直流リンク電圧(vdc)の脈動により、コンバータ回路(2)のダイオード(D1〜D4)の電流導通幅が広くなり、その結果力率が改善する。また制御部(5)は、モータ電流(iu,iv,iw)が、電源電圧(vin)の脈動に同期して脈動するように、インバータ回路(4)におけるスイッチングを制御する。
<Operation of power converter (1)>
<Overview>
In the present embodiment, since the small-capacitance capacitor (3a) is provided in the DC link section (3), the DC link voltage (vdc) pulsates more greatly. Due to the pulsation of the DC link voltage (vdc), the current conduction width of the diodes (D1 to D4) of the converter circuit (2) becomes wider, and as a result, the power factor is improved. The control unit (5) controls switching in the inverter circuit (4) so that the motor current (iu, iv, iw) pulsates in synchronization with the pulsation of the power supply voltage (vin).

〈制御部(5)の動作〉
本実施形態では、制御部(5)の高調波成分除去部(52)は、dq軸電流制御部(53)へ入力される、モータ電流歪みに基づく高調波成分を低減する。具体的には、高調波成分除去部(52-1)は、交流電源(6)の半周期の整数倍の期間、フーリエ変換を行って電流指令値(id*,iq*)から、モータ(7)の電圧の6次成分を抽出する。そして、高調波成分除去部(52-1)は、電流指令値(id*,iq*)から抽出した6次成分(id_6th*,iq_6th*)を減じて新たな電流指令値(id’*,iq’*)を生成する。これにより、モータ電流歪みに基づく高調波成分を低減した信号がdq軸電流制御部(53)へ入力されることになる。
<Operation of control unit (5)>
In the present embodiment, the harmonic component removal unit (52) of the control unit (5) reduces the harmonic component based on the motor current distortion that is input to the dq-axis current control unit (53). Specifically, the harmonic component removal unit (52-1) performs a Fourier transform for a period that is an integral multiple of a half cycle of the AC power supply (6), and uses the current command value (id * , iq * ) as the motor ( Extract the 6th-order component of the voltage of 7). Then, the harmonic component removal unit (52-1) subtracts the sixth-order component (id_6th * , iq_6th * ) extracted from the current command value (id * , iq * ) to obtain a new current command value (id ′ * , iq ' * ) is generated. Thereby, the signal which reduced the harmonic component based on motor current distortion is input into a dq axis current control part (53).

また、本実施形態では、電圧歪み補正部(54)が補償電圧(vd_h,vq_h)を求めて、その補償電圧(vd_h,vq_h)で電圧指令値(vd*,vq*)を補償する。そのため、インバータ回路(4)の出力電圧は、モータ電圧歪みに基づく高調波成分に応じて補償されることになる。本実施形態では、モータ電圧歪みに基づく高調波成分を検出しつつ前記補償の量を調整している。図6は、制御部(5)が行う補償電圧動作を説明するフローチャートである。制御部(5)は、補償電圧(vd_h,vq_h)を変化させた前後の、モータ電圧歪みに基づく高調波成分の増減に応じて補償電圧(vd_h,vq_h)を調整する。具体的には、制御部(5)では、いわゆる山登り法で前述の位相(δ)を調整する。 In the present embodiment, the voltage distortion correction unit (54) obtains the compensation voltage (vd_h, vq_h) and compensates the voltage command value (vd * , vq * ) with the compensation voltage (vd_h, vq_h). Therefore, the output voltage of the inverter circuit (4) is compensated according to the harmonic component based on the motor voltage distortion. In this embodiment, the amount of compensation is adjusted while detecting a harmonic component based on motor voltage distortion. FIG. 6 is a flowchart illustrating the compensation voltage operation performed by the control unit (5). The control unit (5) adjusts the compensation voltage (vd_h, vq_h) according to the increase or decrease of the harmonic component based on the motor voltage distortion before and after the compensation voltage (vd_h, vq_h) is changed. Specifically, the control unit (5) adjusts the phase (δ) by the so-called hill-climbing method.

まず、ステップ(S01)では、電圧歪み補正部(54)がモータ電圧歪みに基づく高調波成分を抽出する。ステップ(S02)では、制御部(5)が、ステップ(S01)で抽出した、モータ電圧歪みに基づく高調波成分と、従前に抽出された、モータ電圧歪みに基づく高調波成分とを比較して、モータ電圧歪みに基づく高調波成分の増減を判断する。モータ電圧歪みに基づく高調波成分が増加した場合にステップ(S03)に進み、増加していない場合にはステップ(S04)に進む。制御部(5)は、ステップ(S03)では、位相調整部(54a)を制御して位相(δ)を遅らせ、ステップ(S04)では、位相(δ)を進める。その後、制御部(5)は、ステップ(S05)に進み、位相(δ)を遅らせる。ステップ(S05)での位相の変化量は、ステップ(S03)やステップ(S04)における変化量よりも大きい。   First, in step (S01), the voltage distortion correction unit (54) extracts a harmonic component based on the motor voltage distortion. In step (S02), the control unit (5) compares the harmonic component based on the motor voltage distortion extracted in step (S01) with the previously extracted harmonic component based on the motor voltage distortion. Then, increase / decrease in the harmonic component based on the motor voltage distortion is determined. When the harmonic component based on the motor voltage distortion increases, the process proceeds to step (S03), and when not increased, the process proceeds to step (S04). In step (S03), the control unit (5) controls the phase adjustment unit (54a) to delay the phase (δ), and in step (S04), advances the phase (δ). Thereafter, the control unit (5) proceeds to step (S05) and delays the phase (δ). The amount of phase change at step (S05) is larger than the amount of change at step (S03) or step (S04).

ステップ(S06)では、電圧歪み補正部(54)が再び、モータ電圧歪みに基づく高調波成分を抽出する。また、ステップ(S07)では、制御部(5)が、ステップ(S06)で抽出した高調波成分と、位相(δ)調整前に抽出された、モータ電圧歪みに基づく高調波成分とを比較して、モータ電圧歪みに基づく高調波成分の増減を判断する。モータ電圧歪みに基づく高調波成分が増加した場合にステップ(S08)に進み、増加していない場合にはステップ(S09)に進む。制御部(5)は、ステップ(S08)では、位相調整部(54a)を制御して位相(δ)を進め、ステップ(S09)では位相(δ)を遅らせる。その後、制御部(5)は、ステップ(S10)に進み、位相(δ)を進める。このように位相(δ)を変動させることで、モータ電圧歪みに基づく高調波成分が減少する位相(δ)を探索することができる。   In step (S06), the voltage distortion correction unit (54) again extracts harmonic components based on the motor voltage distortion. In step (S07), the control unit (5) compares the harmonic component extracted in step (S06) with the harmonic component based on the motor voltage distortion extracted before the phase (δ) adjustment. Thus, the increase / decrease in the harmonic component based on the motor voltage distortion is determined. When the harmonic component based on the motor voltage distortion increases, the process proceeds to step (S08), and when not increased, the process proceeds to step (S09). In step (S08), the control unit (5) controls the phase adjustment unit (54a) to advance the phase (δ), and in step (S09), delays the phase (δ). Thereafter, the control unit (5) proceeds to step (S10) and advances the phase (δ). By varying the phase (δ) in this way, it is possible to search for the phase (δ) in which the harmonic component based on the motor voltage distortion is reduced.

〈本実施形態における効果〉
図7(A)及び図7(B)は、電圧歪み補正部(54)による補正の効果を説明する波形図である。図7(A)は、補償電圧(vd_h,vq_h)を重畳しなかった場合の、モータの入力電力(p)、U相の相電圧(vu)、U相の相電流(iu)(モータ電流)を示す波形図である。また、図7(B)は、補償電圧(vd_h,vq_h)を重畳した場合の、入力電力(p)、相電圧(vu)、モータ電流(iu)を示す波形図である。図7(A)と図7(B)を比較すると、図7(B)のモータ電流(iu)は波形が歪んでおり、モータ電圧歪みに基づく高調波成分が含まれていることが分かる。このように、補償電圧(vd_h,vq_h)を重畳することで、モータ電流(iu)には高調波成分が含まれるのである。そして、モータ電流(iu)に高調波成分が含まれると、図7(B)に示すように、モータの入力電力、電源側の電流、電力、直流リンク電圧の歪みを低減できる。
<Effect in this embodiment>
7A and 7B are waveform diagrams for explaining the effect of correction by the voltage distortion correction unit (54). FIG. 7A shows motor input power (p), U-phase phase voltage (vu), U-phase phase current (iu) (motor current) when compensation voltage (vd_h, vq_h) is not superimposed. FIG. FIG. 7B is a waveform diagram showing input power (p), phase voltage (vu), and motor current (iu) when the compensation voltage (vd_h, vq_h) is superimposed. Comparing FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B), it can be seen that the motor current (iu) in FIG. 7 (B) has a distorted waveform and includes a harmonic component based on the motor voltage distortion. In this way, the harmonic voltage is included in the motor current (iu) by superimposing the compensation voltages (vd_h, vq_h). When a harmonic component is included in the motor current (iu), as shown in FIG. 7B, distortions in the motor input power, power source current, power, and DC link voltage can be reduced.

しかも、本実施形態では、モータ(7)の運転状態(回転数や負荷トルクなど)に応じて位相(δ)を探索するので、電源に流出する、モータ電圧歪みに基づく高調波成分を効果的に低減させることが可能になる。すなわち、本実施形態によれば、いわゆるコンデンサレスインバータにおいて、モータの運転状態に応じて、モータ電圧歪みに起因する電源高調波を低減できる。   In addition, in the present embodiment, the phase (δ) is searched according to the operating state (rotation speed, load torque, etc.) of the motor (7), so that the harmonic component based on the motor voltage distortion that flows out to the power source is effective. It becomes possible to reduce it. That is, according to the present embodiment, in a so-called capacitorless inverter, it is possible to reduce power supply harmonics caused by motor voltage distortion in accordance with the operating state of the motor.

また、本実施形態では、モータ電流歪みに基づく高調波成分を低減した信号がdq軸電流制御部(53)へ入力される。それゆえ、高調波の外乱で制御が不安定になるのを回避することが可能になる。   In the present embodiment, a signal with reduced harmonic components based on motor current distortion is input to the dq axis current control unit (53). Therefore, it becomes possible to avoid instability of control due to disturbance of harmonics.

《その他の実施形態》
なお、モータ電圧歪みに基づく高調波成分は、インバータ回路(4)への入力電流をフーリエ変換したり、インバータ回路(4)への入力電力をフーリエ変換したりすることによって抽出するようにしてもよい。
<< Other Embodiments >>
The harmonic component based on the motor voltage distortion may be extracted by performing a Fourier transform on the input current to the inverter circuit (4) or by performing a Fourier transform on the input power to the inverter circuit (4). Good.

また、補償電圧(vd_h,vq_h)は、位相(δ)の調整に代えて、振幅(電圧振幅(Vh))を変化させて調整してもよいし、位相(δ)と電圧振幅(Vh)の両方を変化させて調整してもよい。   The compensation voltage (vd_h, vq_h) may be adjusted by changing the amplitude (voltage amplitude (Vh)) instead of adjusting the phase (δ), or the phase (δ) and the voltage amplitude (Vh). Both of them may be adjusted for adjustment.

また、2つの高調波成分除去部(52-1,2)のうちの何れか一方を省略することも可能である。   It is also possible to omit either one of the two harmonic component removal units (52-1, 2).

また、高調波成分除去部(52-1,2)では、モータ(7)の回転数、トルク、及び電力の何れかに応じて、モータ電流歪みに基づく高調波成分の除去量を変化させるようにしてもよい。   In addition, the harmonic component removal unit (52-1, 2) changes the removal amount of the harmonic component based on the motor current distortion according to any of the rotation speed, torque, and power of the motor (7). It may be.

また、本発明は、いわゆるマトリクスコンバータにも適用できる。図8は、マトリクスコンバータの構成例を示すブロック図である。この例では、三相の交流電源(6)と接続された9個のスイッチング素子(S1,S2,…,S9)で三相交流をスイッチングしてモータ(7)に三相交流を供給する。   The present invention can also be applied to so-called matrix converters. FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the matrix converter. In this example, nine switching elements (S1, S2,..., S9) connected to a three-phase AC power source (6) are switched to supply a three-phase AC to the motor (7).

また、交流電源(6)として三相の交流電源を採用することも可能である。図9は、交流電源として三相の交流電源(6)を用いた場合の電力変換装置(1)の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、コンバータ回路(2)は、6つのダイオード(D1〜D6)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(D1〜D6)は、三相の交流電源(6)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。このコンバータ回路(2)の構成では、直流リンク部(3)の電圧脈動の周波数が電源周波数の6倍になる。   It is also possible to adopt a three-phase AC power source as the AC power source (6). FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the power conversion device (1) when a three-phase AC power source (6) is used as the AC power source. As shown in the figure, the converter circuit (2) is a diode bridge circuit in which six diodes (D1 to D6) are connected in a bridge shape. These diodes (D1 to D6) perform full-wave rectification on the AC voltage of the three-phase AC power supply (6) and convert it to a DC voltage. In the configuration of the converter circuit (2), the frequency of the voltage pulsation of the DC link unit (3) is six times the power supply frequency.

また、高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号から所定の周波数領域の信号を除去して出力するようにしてもよい。例えばローパスフィルタを採用できる。例えば、高調波成分除去部(52-2)では、電流指令値(id’*,iq’*)と実電流値(id,iq)の偏差をローパスフィルタで所定の周波数領域の信号を除去したものをdq軸電流制御部(53)に出力すればよい。 The harmonic component removal unit (52) may remove a signal in a predetermined frequency region from the input signal to the harmonic component removal unit (52) and output the signal. For example, a low-pass filter can be adopted. For example, in the harmonic component removal unit (52-2), a signal in a predetermined frequency region is removed by a low-pass filter for the deviation between the current command value (id ' * , iq' * ) and the actual current value (id, iq). What is necessary is just to output a thing to a dq axis current control part (53).

また、高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号に含まれる、予め定められた周波数の信号を、低減すべき除去成分として抽出し、該入力信号から前記除去成分を減算するようにしてもよい。予め定められた周波数の信号の抽出は、例えば、該高調波成分除去部(52)への入力信号に対しフーリエ変換を行うことによって実現できる。なお、予め定められた周波数としては、モータ(7)の電圧の基本波の周波数(基本周波数位相(θ))の6n倍(nは整数)の周波数などを採用することが考えられる。   The harmonic component removal unit (52) extracts a signal having a predetermined frequency included in the input signal to the harmonic component removal unit (52) as a removal component to be reduced, and the input signal You may make it subtract the said removal component from. Extraction of a signal having a predetermined frequency can be realized, for example, by performing Fourier transform on an input signal to the harmonic component removing unit (52). As the predetermined frequency, it is conceivable to employ a frequency 6n times (n is an integer) the frequency of the fundamental wave (basic frequency phase (θ)) of the voltage of the motor (7).

また、前記除去成分として予め定められた周波数の信号を求めるように高調波成分除去部(52)を構成した場合には、高調波成分除去部(52)において、前記減算が行われた減算信号に含まれる高調波成分が低減するように除去成分を修正するようにしてもよい。具体的には、高調波成分除去部(52)において、前記減算が行われた減算信号から高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分に係数を掛け、除去成分に足し込むことで除去成分を修正し、入力信号から修正された除去成分を減算する。除去成分抽出の実現方法によっては、信号に前記高調波成分が残存する場合があるが、このように除去成分を修正することで、より確実に前記高調波成分を低減することが可能になる。   Further, when the harmonic component removal unit (52) is configured to obtain a signal having a predetermined frequency as the removal component, the subtraction signal subjected to the subtraction in the harmonic component removal unit (52) The removal component may be corrected so as to reduce the harmonic component contained in. Specifically, the harmonic component removal unit (52) extracts a harmonic component from the subtracted signal subjected to the subtraction, multiplies the extracted harmonic component by a coefficient, and adds the removed component to the removed component. And the corrected removal component is subtracted from the input signal. The harmonic component may remain in the signal depending on the method for realizing the removal component extraction. By correcting the removal component in this way, the harmonic component can be more reliably reduced.

本発明は、入力された電力をスイッチングして所定の電力に変換する電力変換装置として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a power conversion device that converts input power to predetermined power by switching.

1 電力変換装置
2 コンバータ回路
3 直流リンク部
3a コンデンサ
4 インバータ回路
5 制御部
6 交流電源
7 モータ
52 高調波成分除去部
53 dq軸電流制御部(電流制御部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter device 2 Converter circuit 3 DC link part 3a Capacitor 4 Inverter circuit 5 Control part 6 AC power supply 7 Motor 52 Harmonic component removal part 53 dq axis current control part (current control part)

Claims (10)

スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えて、交流電源(6)から供給された交流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に電力変換し、接続されたモータ(7)に供給する電力変換装置であって、
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部(5)と、
交流電源(6)の電源電圧(vin)を全波整流するコンバータ回路(2)と、
前記コンバータ回路(2)の出力に並列接続されたコンデンサ(3a)を有し、脈動する直流電圧(vdc)を出力する直流リンク部(3)と、
前記直流リンク部(3)の出力をスイッチングして交流に変換し、接続されたモータ(7)に供給するインバータ回路(4)とを備え、
前記制御部(5)は、前記モータ(7)の電流を制御する電流制御部(53)と、前記電流制御部(53)へ入力される高調波成分を低減する高調波成分除去部(52)とを備え、前記モータ(7)の電流(iu,iv,iw)が、前記電源電圧(vin)の脈動に同期して脈動するように、前記スイッチングを制御することを特徴とする電力変換装置。
A switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is provided, the AC power supplied from the AC power source (6) is converted into AC power of a predetermined voltage and frequency, and the connected motor (7 Power conversion device to supply to
A control unit (5) for controlling switching of the switching element ;
A converter circuit (2) for full-wave rectification of the power supply voltage (vin) of the AC power supply (6);
A DC link section (3) having a capacitor (3a) connected in parallel to the output of the converter circuit (2) and outputting a pulsating DC voltage (vdc);
An inverter circuit (4) for switching the output of the DC link part (3) to convert to AC and supplying the connected motor (7) ;
The control unit (5) includes a current control unit (53) that controls the current of the motor (7), and a harmonic component removal unit (52 that reduces harmonic components input to the current control unit (53). And the switching is controlled so that the current (iu, iv, iw) of the motor (7) pulsates in synchronization with the pulsation of the power supply voltage (vin). apparatus.
請求項1の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、入力電流(iin)、前記モータ(7)の実電流値(id,iq)、モータ(7)の電流指令値(id*,iq*)、及び前記実電流値(id,iq)と前記電流指令値(id*,iq*)の偏差の少なくとも1つに対して機能することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device of Claim 1 ,
The harmonic component removal unit (52) includes an input current (iin), an actual current value (id, iq) of the motor (7), a current command value (id * , iq * ) of the motor (7), and the A power converter that functions for at least one of a deviation between an actual current value (id, iq) and the current command value (id * , iq * ).
請求項1又は請求項2の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号から所定の周波数領域の信号を除去して出力することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 1 or Claim 2 ,
The said harmonic component removal part (52) removes the signal of a predetermined frequency area | region from the input signal to this harmonic component removal part (52), and outputs it, The power converter device characterized by the above-mentioned.
請求項1又は請求項2の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)への入力信号に含まれる予め定められた周波数の信号を、低減すべき除去成分として抽出し、該入力信号から前記除去成分を減算することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 1 or Claim 2 ,
The harmonic component removal unit (52) extracts a signal having a predetermined frequency included in the input signal to the harmonic component removal unit (52) as a removal component to be reduced, and the input signal A power converter characterized by subtracting a removal component.
請求項の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、フーリエ変換によって前記除去成分を抽出することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 4 ,
The harmonic component removing unit (52) extracts the removed component by Fourier transform.
請求項又は請求項の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記減算が行われた減算信号に含まれる高調波成分が低減するように除去成分を修正することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 4 or Claim 5 ,
The harmonic component removing unit (52) corrects a removed component so that a harmonic component contained in the subtracted signal subjected to the subtraction is reduced.
請求項1又は請求項2の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、該高調波成分除去部(52)に入力される状態量をフーリエ変換することによって前記高調波成分を低減することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 1 or Claim 2 ,
The said harmonic component removal part (52) reduces the said harmonic component by Fourier-transforming the state quantity input into this harmonic component removal part (52), The power converter device characterized by the above-mentioned.
請求項又は請求項の電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記交流電源(6)の半周期の整数倍の期間に基づいて、フーリエ変換を行うことを特徴とする電力変換装置。
In the power converter of Claim 5 or Claim 7 ,
The said harmonic component removal part (52) performs a Fourier-transform based on the period of the integral multiple of the half cycle of the said alternating current power supply (6), The power converter device characterized by the above-mentioned.
請求項から請求項のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記高調波成分には、前記モータ(7)の電圧の基本周波数を6n倍(nは整数)した周波数成分が含まれることを特徴とする電力変換装置。
In any one of the power converter of claims 1 to 8,
The power converter according to claim 1, wherein the harmonic component includes a frequency component obtained by multiplying a fundamental frequency of the voltage of the motor (7) by 6n (n is an integer).
請求項1から請求項のうちの何れか1つの電力変換装置において、
前記高調波成分除去部(52)は、前記モータ(7)の回転数、トルク、及び電力の何れかに応じて前記高調波成分の除去量を変化させることを特徴とする電力変換装置。
In any one of the power converter of claims 1 to 9,
The said harmonic component removal part (52) changes the removal amount of the said harmonic component according to either the rotation speed of the said motor (7), a torque, and electric power, The power converter device characterized by the above-mentioned.
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