JP6148578B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は電力変換装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power converter.
インバータと電動機とを接続するケーブルは、3相分の電線を束ねたもの、さらにはアース線を加えて束ねたものである。ケーブルは、長くなると配線インダクタンスと浮遊キャパシタンスとからなる分布定数線路として作用する。このため、インバータが出力する電圧がステップ状に変化すると振動が発生する。この場合、ケーブルが長くなるほど、配線インダクタンス、浮遊キャパシタンスが大きくなり振動周波数が低下する。振動が減衰する前に電圧が再びステップ状に変化すると振動が増大し、電動機入力端にインバータの直流電圧Vdcを超える振幅を持つサージ電圧が印加される。 The cable connecting the inverter and the electric motor is a bundle of three-phase wires, and further a bundle of ground wires. As the cable becomes longer, it acts as a distributed constant line consisting of wiring inductance and stray capacitance. For this reason, vibration occurs when the voltage output from the inverter changes stepwise. In this case, the longer the cable, the larger the wiring inductance and stray capacitance, and the lower the vibration frequency. If the voltage changes stepwise again before the vibration is attenuated, the vibration increases, and a surge voltage having an amplitude exceeding the DC voltage Vdc of the inverter is applied to the motor input terminal.
サージ電圧の振幅は、インバータ出力端の線間電圧のステップ変化と、振動するサージ電圧の位相とが重なったときに最も大きくなる。例えば、インバータの出力端の線間電圧が0V、Vdc、0Vと変化するとき、電動機入力端に現れるサージ電圧は最大で直流電圧Vdcのほぼ2倍の振幅になる。さらに、インバータの出力端の線間電圧が0V、Vdc、0V、−Vdc、0Vまたは0V、Vdc、−Vdc、0Vと変化するとき、電動機入力端に現れるサージ電圧は最大で直流電圧Vdcのほぼ4倍の振幅になる。 The amplitude of the surge voltage becomes the largest when the step change of the line voltage at the inverter output terminal and the phase of the oscillating surge voltage overlap. For example, when the line voltage at the output terminal of the inverter changes to 0 V, Vdc, and 0 V, the maximum surge voltage that appears at the motor input terminal has an amplitude that is almost twice the DC voltage Vdc. Further, when the line voltage at the output terminal of the inverter changes to 0V, Vdc, 0V, -Vdc, 0V or 0V, Vdc, -Vdc, 0V, the surge voltage appearing at the motor input terminal is at most about the DC voltage Vdc. The amplitude is 4 times.
直流電圧Vdcの4倍もの高い振幅を持つサージ電圧は、電動機の絶縁を劣化させる虞がある。そこで、電動機入力端の線間に現れるサージ電圧の振幅を低減可能な電力変換装置を提供する。 A surge voltage having an amplitude four times as high as the DC voltage Vdc may degrade the insulation of the motor. Therefore, a power converter is provided that can reduce the amplitude of the surge voltage that appears between the lines at the motor input end.
実施形態の電力変換装置は、インバータ、変調率演算手段、指令信号生成手段および駆動信号生成手段を備えている。インバータは、ブリッジ接続されたスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子が駆動信号に従ってスイッチング動作することにより、入力した直流電圧を電圧値と周波数が可変の交流電圧に変換して電動機に出力する。 The power conversion device of the embodiment includes an inverter, a modulation factor calculation unit, a command signal generation unit, and a drive signal generation unit. The inverter includes a switching element connected in a bridge, and the switching element performs a switching operation according to a drive signal, thereby converting the input DC voltage into an AC voltage having a variable voltage value and frequency and outputting the AC voltage to the electric motor.
変調率演算手段は、インバータが出力する相電圧の振幅と直流電圧との電圧比である変調率を演算して出力する。指令信号生成手段は、変調率と相電圧の位相に基づいて3相の指令信号を出力する。駆動信号生成手段は、指令信号と三角波信号との比較に基づいてスイッチング素子をPWM駆動する駆動信号を出力する。 The modulation factor calculation means calculates and outputs a modulation factor that is a voltage ratio between the amplitude of the phase voltage output from the inverter and the DC voltage. The command signal generating means outputs a three-phase command signal based on the modulation factor and the phase of the phase voltage. The drive signal generating means outputs a drive signal for PWM driving the switching element based on the comparison between the command signal and the triangular wave signal.
インバータと電動機とを接続するケーブルの長さに応じて、インバータが出力する線間電圧が第1極性から逆の第2極性に反転するまでに確保すべき最小離間時間が定められている。変調率演算手段は、最小離間時間と三角波信号の周波数とに基づいて、最小離間時間を確保するために必要な変調率の上限値を演算し、インバータが出力する相電圧の指令値に対して演算した変調率を上限値以下に制限して出力する。 In accordance with the length of the cable connecting the inverter and the electric motor, a minimum separation time to be secured before the line voltage output from the inverter is inverted from the first polarity to the opposite second polarity is determined. The modulation factor calculating means calculates an upper limit value of the modulation factor necessary for ensuring the minimum separation time based on the minimum separation time and the frequency of the triangular wave signal, and for the command value of the phase voltage output by the inverter The calculated modulation rate is limited to an upper limit value or less and output.
(第1の実施形態)
図1から図6を参照しながら第1の実施形態を説明する。電力変換装置1は、インバータ2、記憶手段3、変調率演算手段4、指令信号生成手段5、駆動信号生成手段6およびドライブ回路7を備えている。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. The
インバータ2は、三相ブリッジ接続されたIGBT、FETなどのスイッチング素子8up〜8wnを備えている。ドライブ回路7を介して与えられる駆動信号に従ってスイッチング素子8up〜8wnがスイッチング動作すると、インバータ2は、直流電圧源9から入力した直流電圧Vdcを電圧値と周波数が可変の交流電圧に変換して出力する。インバータ2の出力端子には、ケーブル10を介して電動機11の入力端子が接続されている。直流電圧源9は、例えば三相交流電圧を入力とする整流回路および平滑回路から構成されている。
The
記憶手段3、変調率演算手段4、指令信号生成手段5および駆動信号生成手段6は、マイクロコンピュータにより構成されている。記憶手段3は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリである。記憶手段3は、ケーブル10の長さLcと、インバータ2が出力する線間電圧が正極性(第1極性)であるVdcから逆の負極性(第2極性)である−Vdcに反転するまでに確保すべき最小離間時間Tminとの関係(図5参照)を示すデータが予め書き込まれている。
The storage means 3, the modulation factor calculation means 4, the command signal generation means 5 and the drive signal generation means 6 are constituted by a microcomputer. The storage means 3 is an electrically rewritable nonvolatile memory. The storage means 3 continues until the length Lc of the
変調率演算手段4は、インバータ2が出力する相電圧の振幅指令値V(ピーク値)と直流電圧Vdcとの電圧比である変調率αを演算する。変調率αは、U※/Un(U※:電力変換装置1の出力電圧の線間電圧実効値、Un:電力変換装置1への三相交流入力電圧の線間電圧実効値)により定義されるものである。この関係を振幅指令値Vと直流電圧Vdcとの電圧比として表すと、Vdc=21/2Un、V=21/2V※=21/2(U※/31/2)の関係から変調率αは(1)式のようになる。
α=31/2(V/Vdc) …(1)
The modulation factor calculation means 4 calculates a modulation factor α which is a voltage ratio between the amplitude command value V (peak value) of the phase voltage output from the
α = 3 1/2 (V / Vdc) (1)
さらに、変調率演算手段4は、最小離間時間Tminと後述する三角波信号Vcの周波数(キャリア周波数fc)に基づいて、最小離間時間Tminを確保するために必要な変調率αの上限値αmaxを演算し、変調率αをその上限値αmax以下に制限して出力する。 Further, the modulation factor calculation means 4 calculates the upper limit value αmax of the modulation factor α necessary for securing the minimum separation time Tmin based on the minimum separation time Tmin and the frequency (carrier frequency fc) of a triangular wave signal Vc described later. Then, the modulation factor α is limited to the upper limit value αmax or less and output.
指令信号生成手段5は、変調率演算手段4から出力される変調率αと相電圧の位相θに基づいて、3相の指令信号Vur、Vvr、Vwrを出力する。駆動信号生成手段6は、指令信号Vur、Vvr、Vwrとキャリアである三角波信号Vcとを比較して、スイッチング素子8up〜8wnをPWM駆動する駆動信号を出力する。駆動信号生成手段6は、例えばマイクロコンピュータが具備する3相PWMタイマによって実現されており、指令信号Vur、Vvr、Vwrは三角波信号Vcのピーク位置ごとに更新される。
The command signal generation means 5 outputs three-phase command signals Vur, Vvr, Vwr based on the modulation factor α output from the modulation factor calculation unit 4 and the phase θ of the phase voltage. The
次に、図2から図6も参照しながら本実施形態の作用を説明する。指令信号生成手段5は、2相変調のための指令信号Vur、Vvr、Vwrを出力する。2相変調は、図2に示すように、振幅が最大となる相電圧の指令信号を三角波信号Vcのピーク値に固定し、振幅が最小となる相電圧の指令信号を三角波信号Vcのボトム値に固定する変調方式である。その際、線間電圧が正弦波を維持するように、他の2相に対してオフセット電圧を加えて2相変調の指令信号Vur、Vvr、Vwrを生成する。2相変調は、3相変調に比べて電圧利用率が高く、スイッチング回数を低減できるので損失も低減できる。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. The command signal generation means 5 outputs command signals Vur, Vvr, Vwr for two-phase modulation. As shown in FIG. 2, in the two-phase modulation, the phase voltage command signal having the maximum amplitude is fixed to the peak value of the triangular wave signal Vc, and the phase voltage command signal having the minimum amplitude is set to the bottom value of the triangular wave signal Vc. This is a modulation method fixed to. At this time, the two-phase modulation command signals Vur, Vvr, and Vwr are generated by adding an offset voltage to the other two phases so that the line voltage maintains a sine wave. The two-phase modulation has a higher voltage utilization rate than the three-phase modulation, and can reduce the number of switching times, thereby reducing loss.
図3および図4は、U相指令信号VurとV相指令信号Vvrが等しくなる時点における指令信号Vur、Vvr、Vwr、三角波信号Vc、インバータ2の出力端における相電圧Vu、Vv、Vw、インバータ2の出力端における線間電圧Vuv、Vvw、Vwuおよび電動機11の入力端における線間電圧Vuv、Vvw、Vwuの波形を示している。
3 and 4 show the command signals Vur, Vvr, Vwr, the triangular wave signal Vc, the phase voltages Vu, Vv, Vw at the output terminal of the
線間電圧Vuv、Vvw、Vwuのうち非振動(実際には若干の振動が存在する)の波形がインバータ2の出力端の波形であり、振動的な波形が電動機11の入力端の波形である。図3は、変調率αを所定の上限値αmax以下に制限する本実施形態の波形であり、図4は、変調率αに上限を設けていない従来構成の波形である。以下では、主として三角波信号Vcのピーク値付近で生じるサージ電圧を説明するが、ボトム値付近で生じるサージ電圧も同様になる。
Among the line voltages Vuv, Vvw, and Vwu, the waveform of non-vibration (actually some vibration exists) is the waveform of the output end of the
2相例えばU相指令信号VurとV相指令信号Vvrが等しくなる時、線間電圧Vuvは、0V、Vdc、0V、−Vdc、0Vと変化する。ケーブル10は、長くなると分布定数線路として作用する。このため、線間電圧Vuvがステップ状に変化すると、電力変換装置1と電動機11との間で反射が生じ、振動を繰り返しながら減衰するサージ電圧が発生する。振動が減衰する前に線間電圧Vuvが再びステップ状に変化すると、サージ電圧の振幅が増大する虞がある。
When two phases, for example, the U-phase command signal Vur and the V-phase command signal Vvr are equal, the line voltage Vuv changes to 0V, Vdc, 0V, -Vdc, and 0V. When the
線間電圧が0V、Vdc、0Vと変化するだけであれば、電動機11の入力端に生じるサージ電圧の振幅は、最大でも直流電圧Vdcのほぼ2倍に止まる。しかし、2相の指令信号値が等しくなって入れ替わる時には、線間電圧が0V、Vdc(第1極性)、0V、−Vdc(第2極性)、0Vと第1極性から逆の第2極性に変化する。しかも、線間電圧がVdcとなる期間の幅と−Vdcとなる期間の幅が短くなるので、電動機11の入力端に生じるサージ電圧の振幅は一層増大する。
If the line voltage changes only to 0V, Vdc, and 0V, the amplitude of the surge voltage generated at the input terminal of the
この場合、2相の指令信号値が三角波信号Vcのピーク値に接近するほど、線間電圧がVdcから0Vに変化した時点から−Vdcに変化する時点までの時間(以下、離間時間tと称す)が短くなり、サージ電圧の振幅が増大する。線間電圧のステップ変化とサージ電圧の位相が重なると、サージ電圧の振幅は最大で直流電圧Vdcのほぼ4倍にもなる。電動機11の絶縁劣化を防ぐには、このような過大(ほぼ4倍)のサージ電圧を抑制する必要がある。
In this case, as the two-phase command signal value approaches the peak value of the triangular wave signal Vc, the time from the time when the line voltage changes from Vdc to 0 V to the time when it changes to −Vdc (hereinafter referred to as the separation time t). ) And the surge voltage amplitude increases. When the step change of the line voltage and the phase of the surge voltage overlap, the amplitude of the surge voltage is at most about four times the DC voltage Vdc. In order to prevent insulation deterioration of the
サージ電圧の振幅を抑えるには、離間時間tを所定値以上確保して、一旦生じた振動を減衰させることが有効である。図4に示す従来構成の場合には、変調率αが高くなるに従い、2相の指令信号が等しくなる時の指令信号値が三角波信号Vcのピーク値に限りなく接近するので、離間時間tが0にまで短くなる可能性があった。 In order to suppress the amplitude of the surge voltage, it is effective to secure the separation time t to a predetermined value or more to attenuate the vibration once generated. In the case of the conventional configuration shown in FIG. 4, as the modulation factor α increases, the command signal value when the two-phase command signals become equal approaches the peak value of the triangular wave signal Vc as much as possible. It could be as short as zero.
そこで、本実施形態の電力変換装置1が備える変調率演算手段4は、以下に述べるようにして変調率αに上限を設ける。図5は、一定のキャリア周波数fcについて、ケーブル長Lcに対し、サージ電圧の振幅を直流電圧Vdcの4倍よりも低い所定値に抑えるために必要な離間時間tの最小値(以下、最小離間時間Tminと称す)を表している。ケーブル10が長くなるほどサージ電圧の振動周波数が低下するので、最小離間時間Tminも長くなる。記憶手段3には、この図5に示すデータが予め記憶されており、ケーブル長Lcが入力されると、最小離間時間Tminが読み出されて変調率演算手段4に与えられる。
Therefore, the modulation factor calculation means 4 provided in the
図6は、上述した2相変調において、変調率αと、2相の指令信号が等しくなる時の離間時間tとの関係を示している。変調率α、キャリア周波数fcおよび離間時間tの関係は(2)式となる。
離間時間t=(1−31/2/2・α)/fc …(2)
FIG. 6 shows the relationship between the modulation rate α and the separation time t when the two-phase command signals are equal in the two-phase modulation described above. The relationship among the modulation factor α, the carrier frequency fc, and the separation time t is expressed by equation (2).
Separation time t = (1-3 1/2 / 2 · α) / fc (2)
変調率αが低くなるほど、指令信号値が三角波信号Vcのピーク値またはボトム値から離れる。三角波信号Vcが3相のうち最大の指令信号値を超えてから、ピークを経て再び最大の指令信号値に達するまでの間、何れの相電圧も変化しないので、線間電圧も変化しない。従って、変調率αが低くなるほど離間時間tが長くなる。また、離間時間tは、キャリア周波数fcに反比例して短くなる。 As the modulation factor α decreases, the command signal value moves away from the peak value or bottom value of the triangular wave signal Vc. Since the triangular wave signal Vc exceeds the maximum command signal value of the three phases and then reaches the maximum command signal value again after passing through the peak, no phase voltage changes, and thus the line voltage does not change. Accordingly, the separation time t becomes longer as the modulation rate α becomes lower. Further, the separation time t becomes shorter in inverse proportion to the carrier frequency fc.
変調率演算手段4は、(2)式または図6に示すデータを有しており、最小離間時間Tminとキャリア周波数fcを入力すると、最小離間時間Tminを確保するために必要な変調率の上限値αmaxを演算する。例えば、キャリア周波数fcが16kHzのとき、10μs以上の最小離間時間Tminを満足する変調率上限値αmaxは0.97になる。変調率演算手段4は、インバータ2が出力する相電圧の振幅指令値Vと直流電圧Vdcとの電圧比である変調率αを演算し、その変調率αを上限値αmax以下に制限して出力する。図3に波線で示すVur(制限前)、Vvr(制限前)は、変調率αを制限する前のU相指令信号VurとV相指令信号Vvrを示している。
The modulation factor calculating means 4 has the data shown in the equation (2) or FIG. 6, and when the minimum separation time Tmin and the carrier frequency fc are input, the upper limit of the modulation factor necessary for ensuring the minimum separation time Tmin. The value αmax is calculated. For example, when the carrier frequency fc is 16 kHz, the modulation factor upper limit value αmax that satisfies the minimum separation time Tmin of 10 μs or more is 0.97. The modulation factor calculation means 4 calculates a modulation factor α, which is a voltage ratio between the phase voltage amplitude command value V output by the
その結果、図3に示すように、離間時間tは最小離間時間Tmin以上確保される。例えばU相指令信号VurとV相指令信号Vvrが等しくなる時、線間電圧Vuvは、0V、Vdc、0Vの変化により生じた振動が十分に低減した後に0V、−Vdc、0Vの変化が生じる。そのため、図4と比較して、電動機11の入力端に生じるサージ電圧の振幅は抑えられている。
As a result, as shown in FIG. 3, the separation time t is secured more than the minimum separation time Tmin. For example, when the U-phase command signal Vur and the V-phase command signal Vvr become equal, the line voltage Vuv changes 0 V, −Vdc, 0 V after the vibration caused by the changes 0 V, Vdc, 0 V is sufficiently reduced. . Therefore, compared with FIG. 4, the amplitude of the surge voltage generated at the input end of the
以上説明した第1の実施形態によれば、電力変換装置1は、ケーブル10の長さなどにより定まる振動周波数と減衰特性に応じて、2相の指令信号が等しくなる時に線間電圧が逆極性に変化する際の最小離間時間Tminを決定する。そして、変調率αを、最小離間時間Tminとキャリア周波数fcとに基づいて求めた上限値αmax以下に制限する。これにより、2相の指令信号が等しくなる時に発生するサージ電圧の振幅を、所望の値(本実施形態では直流電圧Vdcの4倍よりも低い所定値)に抑えることができる。また、電力変換装置1は、制限された変調率αに基づいて3相の指令信号Vur、Vvr、Vwrを生成するので、線間電圧に歪みが生じることもない。
According to the first embodiment described above, the
(第2の実施形態)
図7および図6(既出)を参照しながら第2の実施形態を説明する。図7に示す電力変換装置21は、図1に示した電力変換装置1に対し、変調率演算手段4と駆動信号生成手段6をそれぞれ変調率演算手段22と駆動信号生成手段23に置き替えた構成を備えている。変調率演算手段22は、振幅指令値Vと直流電圧Vdcとの電圧比である変調率αを演算する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 6 (explained above). The
図6は、キャリア周波数fc(8kHz、12kHz、16kHz)が異なる場合の2相変調における変調率αと離間時間tとの関係を示している。キャリア周波数fcが低いほど三角波信号Vcの傾きが小さくなるので、同じ変調率αであっても離間時間tが長くなる。 FIG. 6 shows the relationship between the modulation rate α and the separation time t in the two-phase modulation when the carrier frequencies fc (8 kHz, 12 kHz, 16 kHz) are different. The lower the carrier frequency fc is, the smaller the slope of the triangular wave signal Vc is, so that the separation time t becomes longer even with the same modulation rate α.
そこで、駆動信号生成手段23は、記憶手段3から与えられた最小離間時間Tminと運転中の最大の変調率αとに基づいて、最小離間時間Tminを確保するために必要な三角波信号Vcのキャリア周波数fcの上限値fcmaxを演算する。例えば、最小離間時間Tminが10μs、運転中の最大の変調率αが1の場合、上限値fcmaxは13.397kHzになる。駆動信号生成手段23は、3相PWMタイマに上限値fcmax以下のキャリア周波数fcを設定し、指令信号Vur、Vvr、Vwrと三角波信号Vcとの比較に基づいて駆動信号を出力する。最小離間時間Tminの決定方法などその他の作用は第1の実施形態と同様である。
Therefore, the drive signal generator 23 generates the carrier of the triangular wave signal Vc necessary for securing the minimum separation time Tmin based on the minimum separation time Tmin given from the
以上説明した第2の実施形態によれば、電力変換装置21は、最小離間時間Tminを決定し、キャリア周波数fcを、最小離間時間Tminと変調率αの最大値とに基づいて定めた上限値fcmax以下に制限する。これにより、2相の指令信号が等しくなる時であっても、サージ電圧の振幅を所望の値(本実施形態では直流電圧Vdcの4倍よりも低い所定値)に抑えることができる。また、電力変換装置21は、相電圧の指令値Vに等しい電圧を出力できるので、電動機11の電流およびトルクを指令値通りに高精度に制御できる。
According to the second embodiment described above, the
(第3の実施形態)
図8から図10を参照しながら第3の実施形態を説明する。図8に示す電力変換装置31は、図1に示した電力変換装置1に対し、駆動信号生成手段6を駆動信号生成手段32に置き替えた構成を備えている。駆動信号生成手段32は、3相の指令信号Vur、Vvr、Vwrの何れかが、三角波信号Vcのピーク値またはボトム値から最小離間時間Tminの1/2に相当する信号幅の範囲内にあるとき、その指令信号を当該信号範囲外にシフトする。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. The
具体的には、三角波信号Vcの傾きが1の場合、(ピーク値−Tmin/2)を指令信号上限値、(ボトム値+Tmin/2)を指令信号下限値とする。駆動信号生成手段32は、指令信号が指令信号上限値より大きい場合には指令信号上限値でクランプし(図9参照)、指令信号が指令信号下限値より小さい場合には指令信号下限値でクランプする。駆動信号生成手段32は、そのクランプした後の指令信号Vur、Vvr、Vwrと三角波信号Vcとの比較に基づいて駆動信号を出力する。 Specifically, when the slope of the triangular wave signal Vc is 1, (peak value−Tmin / 2) is the command signal upper limit value and (bottom value + Tmin / 2) is the command signal lower limit value. The drive signal generating means 32 clamps at the command signal upper limit value when the command signal is larger than the command signal upper limit value (see FIG. 9), and clamps at the command signal lower limit value when the command signal is smaller than the command signal lower limit value. To do. The drive signal generating means 32 outputs a drive signal based on the comparison between the clamped command signals Vur, Vvr, Vwr and the triangular wave signal Vc.
図10は、指令信号Vur、Vvr、Vwrが互いに異なるときの図3、図4に相当する波形図である。指令信号Vur、Vvrに入れ替わりがないので、線間電圧Vuvは、0V、Vdc(第1極性)、0V、Vdc(第1極性)、0Vと同極性に変化する。指令信号VurとVvrが離れているので、指令信号Vur、Vvrが等しくなる時に比べると、線間電圧VuvがVdcとなる期間の幅は長くなり振動が減衰し易い。しかし、線間電圧がVdcから0Vに変化した時点から再びVdcに変化する時点までの時間(これも離間時間tと称す)が短くなると、直流電圧Vdcの3倍程度の振幅を持つサージ電圧が生じる虞がある。 FIG. 10 is a waveform diagram corresponding to FIGS. 3 and 4 when the command signals Vur, Vvr, and Vwr are different from each other. Since the command signals Vur and Vvr are not interchanged, the line voltage Vuv changes to the same polarity as 0 V, Vdc (first polarity), 0 V, Vdc (first polarity), and 0 V. Since the command signals Vur and Vvr are separated from each other, the width of the period during which the line voltage Vuv is Vdc is longer and the vibration is likely to be attenuated than when the command signals Vur and Vvr are equal. However, when the time from the time when the line voltage changes from Vdc to 0 V to the time when it changes to Vdc again (also referred to as the separation time t) is shortened, a surge voltage having an amplitude about three times the DC voltage Vdc is generated. May occur.
本実施形態の電力変換装置31が備える駆動信号生成手段32は、各相の指令信号Vur、Vvr、Vwrを指令信号上限値以下且つ指令信号下限値以上に制限する。これにより、線間電圧の離間時間tを最小離間時間Tmin以上確保することができるので、線間電圧が0Vを挟んで同極性に変化するときのサージ電圧の振幅も抑えることができる。その他、第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
The drive signal generation means 32 provided in the
(第4の実施形態)
図11を参照しながら第4の実施形態を説明する。本実施形態の駆動信号生成手段は、第3の実施形態で説明した駆動信号生成手段32の機能に加え、指令信号生成手段5から入力した指令信号が三角波信号Vcのピーク値またはボトム値に等しい期間(図11に示す期間Ta)、クランプ処理(シフト処理)を停止する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition to the function of the drive signal generation unit 32 described in the third embodiment, the drive signal generation unit of the present embodiment has the command signal input from the command
指令信号が三角波信号Vcのピーク値またはボトム値に等しくなると、その相のスイッチング素子はスイッチング動作を停止する。これに対し、クランプ処理を実行すると、期間Taにおいてもスイッチング動作が継続する。本実施形態によれば、第3の実施形態と同様の効果が得られる他、スイッチング損失を低減することができ、さらにインバータ2が出力する相電圧を相電圧指令値Vに近付けることができる。
When the command signal becomes equal to the peak value or the bottom value of the triangular wave signal Vc, the switching element of that phase stops the switching operation. On the other hand, when the clamping process is executed, the switching operation continues even in the period Ta. According to this embodiment, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, switching loss can be reduced, and the phase voltage output from the
(その他の実施形態)
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用してもよい。
60°切替方式の2相変調に限らず、120°切替方式の2相変調、或いは3相変調を用いてもよい。
(Other embodiments)
In addition to the plurality of embodiments described above, the following configuration may be adopted.
Not only the two-phase modulation of the 60 ° switching method, but two-phase modulation or three-phase modulation of the 120 ° switching method may be used.
以上説明した実施形態によれば、電動機入力端の線間に現れるサージ電圧の振幅を低減することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。
According to the embodiment described above, the amplitude of the surge voltage appearing between the lines at the motor input end can be reduced.
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example 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 invention described in the claims and equivalents thereof in the same manner as included in the scope and gist of the invention.
図面中、1、21、31は電力変換装置、2はインバータ、4、22は変調率演算手段、5は指令信号生成手段、6、23、32は駆動信号生成手段、8up〜8wnはスイッチング素子、10はケーブル、11は電動機である。
In the drawings, 1, 21 and 31 are power converters, 2 are inverters, 4 and 22 are modulation rate calculation means, 5 is command signal generation means, 6, 23 and 32 are drive signal generation means, and 8up to 8wn are switching elements.
Claims (4)
前記インバータが出力する相電圧の振幅と前記直流電圧との電圧比である変調率を演算して出力する変調率演算手段と、
前記変調率と前記相電圧の位相に基づいて3相の指令信号を出力する指令信号生成手段と、
前記指令信号と三角波信号との比較に基づいて前記スイッチング素子をPWM駆動する前記駆動信号を出力する駆動信号生成手段とを備え、
前記インバータと前記電動機とを接続するケーブルの長さに応じて、前記インバータが出力する線間電圧が第1極性から逆の第2極性に反転するまでに確保すべき最小離間時間が定められており、
前記変調率演算手段は、前記最小離間時間と前記三角波信号の周波数とに基づいて、前記最小離間時間を確保するために必要な前記変調率の上限値を演算し、前記インバータが出力する相電圧の指令値に対して演算した前記変調率を前記上限値以下に制限して出力することを特徴とする電力変換装置。 An inverter that includes a bridge-connected switching element, and the switching element performs a switching operation according to a drive signal, thereby converting the input DC voltage into an AC voltage having a variable voltage value and frequency and outputting the AC voltage to the motor;
A modulation factor calculating means for calculating and outputting a modulation factor which is a voltage ratio between the amplitude of the phase voltage output by the inverter and the DC voltage;
Command signal generating means for outputting a three-phase command signal based on the modulation factor and the phase of the phase voltage;
Drive signal generating means for outputting the drive signal for PWM driving the switching element based on a comparison between the command signal and a triangular wave signal;
According to the length of the cable connecting the inverter and the electric motor, a minimum separation time to be secured before the line voltage output from the inverter is reversed from the first polarity to the opposite second polarity is determined. And
The modulation factor calculating means calculates an upper limit value of the modulation factor necessary for ensuring the minimum separation time based on the minimum separation time and the frequency of the triangular wave signal, and outputs a phase voltage output from the inverter The power conversion device, wherein the modulation factor calculated for the command value is limited to the upper limit value or less and is output.
前記インバータが出力する相電圧の振幅と前記直流電圧との電圧比である変調率を演算して出力する変調率演算手段と、
前記変調率と前記相電圧の位相に基づいて3相の指令信号を出力する指令信号生成手段と、
前記指令信号と三角波信号との比較に基づいて前記スイッチング素子をPWM駆動する前記駆動信号を出力する駆動信号生成手段とを備え、
前記インバータと前記電動機とを接続するケーブルの長さに応じて、前記インバータが出力する線間電圧が第1極性から逆の第2極性に反転するまでに確保すべき最小離間時間が定められており、
前記駆動信号生成手段は、前記最小離間時間と前記変調率とに基づいて、前記最小離間時間を確保するために必要な前記三角波信号の周波数の上限値を演算し、前記指令信号と前記上限値以下の周波数を持つ三角波信号との比較に基づいて前記駆動信号を出力することを特徴とする電力変換装置。 An inverter that includes a bridge-connected switching element, and the switching element performs a switching operation according to a drive signal, thereby converting the input DC voltage into an AC voltage having a variable voltage value and frequency and outputting the AC voltage to the motor;
A modulation factor calculating means for calculating and outputting a modulation factor which is a voltage ratio between the amplitude of the phase voltage output by the inverter and the DC voltage;
Command signal generating means for outputting a three-phase command signal based on the modulation factor and the phase of the phase voltage;
Drive signal generating means for outputting the drive signal for PWM driving the switching element based on a comparison between the command signal and a triangular wave signal;
According to the length of the cable connecting the inverter and the electric motor, a minimum separation time to be secured before the line voltage output from the inverter is reversed from the first polarity to the opposite second polarity is determined. And
The drive signal generating means calculates an upper limit value of the frequency of the triangular wave signal necessary for securing the minimum separation time based on the minimum separation time and the modulation factor, and the command signal and the upper limit value. A power converter that outputs the drive signal based on a comparison with a triangular wave signal having the following frequency.
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