JP6270696B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、インバータ出力電圧の低次高調波を低減する電力変換装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a power converter that reduces low-order harmonics of an inverter output voltage.

直流電力から交流電力への変換を行う電力変換装置として、3レベル電力変換装置が知られている。この3レベル電力変換装置は、直流側に2台の平滑コンデンサを直列接続し、直流電位を正、負及びゼロの3レベルとすることによって交流側の基本出力の高調波を低減する。そして更にPWM(パルス幅変調)制御を加えることによって、変調周波数を交流周波数より高く設定して低次の高調波を低減することが可能となる。   A three-level power converter is known as a power converter that performs conversion from DC power to AC power. This three-level power converter reduces the harmonics of the basic output on the AC side by connecting two smoothing capacitors in series on the DC side and setting the DC potential to three levels: positive, negative, and zero. Further, by applying PWM (pulse width modulation) control, it is possible to set the modulation frequency higher than the AC frequency and reduce lower harmonics.

しかしながら、PWM制御の変調周波数を高くすると、3レベル電力変換装置に使用されているスイッチング素子のスイッチング損失が増え、3レベル電力変換装置の変換効率が低下してしまう。このため、交流電圧に含まれる高調波成分を低減させるような固定パルスパターンによって3レベル電力変換装置を制御する提案が為されている(特許文献1、2参照)。出力電圧の基本波の半周期当たりのパルス数が、特許文献1では3パルス、特許文献2では5パルスの場合において電力変換装置における最適な固定パルスパターンを導出している。   However, if the modulation frequency of PWM control is increased, the switching loss of the switching elements used in the three-level power converter increases, and the conversion efficiency of the three-level power converter decreases. For this reason, proposals have been made to control a three-level power converter with a fixed pulse pattern that reduces harmonic components contained in AC voltage (see Patent Documents 1 and 2). When the number of pulses per half cycle of the fundamental wave of the output voltage is 3 pulses in Patent Document 1 and 5 pulses in Patent Document 2, an optimal fixed pulse pattern in the power converter is derived.

特許文献1、2では、3レベルコンバータについて提案している。インバータも回路構成は同じであるので、同様に固定パルスパターンによって高調波を低減することが可能である。   Patent Documents 1 and 2 propose a three-level converter. Since the circuit configuration of the inverter is the same, harmonics can be similarly reduced by a fixed pulse pattern.

特開2002−78346JP 2002-78346 A 特開2011−193583JP2011-193583

コンバータは入力周波数が商用電源の周波数に固定されるが、インバータは出力周波数電動機に入力する周波数として任意に制御できる。パルスパターンを用いた3レベル電力変換装置においては、出力の周波数が高くなるとそれぞれのパルスの幅が小さくなっていくため、ある出力周波数を境に出力パルス数を減らす必要がある。 Converter is the input frequency is fixed to the frequency of the commercial power supply, the inverter can be arbitrarily controlled as a frequency of the output frequency is input to the motor. In a three-level power converter using a pulse pattern, the width of each pulse decreases as the output frequency increases, so the number of output pulses needs to be reduced at a certain output frequency.

特許文献1、2に記載された手法によれば、3レベル電力変換装置において出力電圧の基本波の半周期当たりのパルス数が3パルス、5パルスにおいて、それぞれ最適な固定パルスパターンが提案されている。しかしながら、3パルスから5パルス、または5パルスから3パルスといったパルス数の切り替え時に、出力電圧の位相基準でのパルスパターンが異なるためパルスが不連続となり、トルクショックが発生する。   According to the methods described in Patent Documents 1 and 2, the optimum fixed pulse pattern is proposed when the number of pulses per half cycle of the fundamental wave of the output voltage is 3 pulses and 5 pulses in the three-level power converter. Yes. However, when the number of pulses is switched from 3 pulses to 5 pulses or from 5 pulses to 3 pulses, the pulse pattern on the phase reference of the output voltage is different, so that the pulses become discontinuous and torque shock occurs.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、固定パルスパターンのパルス数切り替え時におけるトルクショックを防止するトルクショックレスによるパルスパターン移行が可能な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 to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of torque pulse-less pulse pattern transition that prevents torque shock when switching the number of pulses of a fixed pulse pattern. And

上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、交流電力から直流電力に変換する3レベルコンバータ及び前記直流電力から交流電力に変換する3レベルインバータを備えた電力変換装置において、前記3レベルコンバータの直流電力出力側に接続された平滑コンデンサと、前記3レベルコンバータに入力される交流電力の基本出力の低次高調波を低減するためにパルスパターンが異なる複数の固定パルスパターンを個々に設定する複数の固定パルスパターン設定手段と、前記固定パルスパターン設定手段で設定された固定パルスパターンを選択的に切り替えるパルスパターン切替手段と、前記パルスパターン切替手段により切り替えられた固定パルスパターンをショクレスに切り替える固定パルスパターンのショックレス切替手段と、前記ショックレス切替手段によって切り替えられた固定パルスパターンを前記3レベルコンバータに入力するために変調する固定パルスパターン変調手段と、前記3レベルコンバータに入力される交流電力の交流入力電流を所定時間ごとに検知する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された交流電流と、別途設定された電流基準との偏差が最小となるような位相基準を前記固定パルスパターン変調手段に出力する電流制御手段と、を備え、前記固定パルスパターン変調手段は、前記電流制御手段による制御結果に基づいて前記ショックレス切替手段によって設定されたパルスパターンで設定されたパルスを、前記3レベルコンバータを構成するスイッチング素子のゲートに与え、前記ショックレス切替手段は、固定パルスパターンのパルス数を切り替える際、基本波半周期において、幅の狭い付加パルスを、切り替え前の前記固定パルスパターンの両端に付加し、前記付加パルスを付加する前と後で、前記交流電力の1次電圧基準の実効値が同様になるように、変更前の固定パルスのパルス幅を狭める演算をして設定したパルスパターンを出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a power converter according to the present invention includes a three-level converter that converts AC power into DC power and a power converter that includes a three-level inverter that converts DC power into AC power. A smoothing capacitor connected to the DC power output side of the level converter and a plurality of fixed pulse patterns with different pulse patterns individually to reduce low-order harmonics of the basic output of AC power input to the three-level converter A plurality of fixed pulse pattern setting means for setting, a pulse pattern switching means for selectively switching the fixed pulse pattern set by the fixed pulse pattern setting means, and the fixed pulse pattern switched by the pulse pattern switching means in a shockless manner Shockless switching means of fixed pulse pattern to switch Fixed pulse pattern modulation means for modulating the fixed pulse pattern switched by the shockless switching means to input to the three-level converter, and AC input current of AC power input to the three-level converter at predetermined time intervals Current detecting means for detecting, current control means for outputting to the fixed pulse pattern modulating means a phase reference that minimizes a deviation between the alternating current detected by the current detecting means and a separately set current reference; The fixed pulse pattern modulating means includes a pulse set by the shockless switching means based on a control result by the current control means, and a pulse of the switching element constituting the three-level converter. applied to the gate, the shockless switching means, fixed Parusupata When switching the number of pulses, the additional pulse with a narrow width is added to both ends of the fixed pulse pattern before switching in the half cycle of the fundamental wave, and before and after the additional pulse is added, A pulse pattern set by performing an operation of narrowing the pulse width of the fixed pulse before the change is output so that the effective value of the next voltage reference is the same.

この発明によれば、固定パルスパターンのパルス数切り替え時における、トルクショックレスでのパルスパターン移行が可能となる。   According to the present invention, it is possible to shift the pulse pattern without torque shock when switching the number of pulses of the fixed pulse pattern.

本実施例に係る電力変換装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on a present Example. 電力変換装置を構成する3レベルコンバータの主要部分の回路図。The circuit diagram of the principal part of the 3 level converter which comprises a power converter device. 本発明を3レベルインバータに適用した場合の出力周波数とパルス数との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the output frequency at the time of applying this invention to a 3 level inverter, and the number of pulses. 従来の、3パルス固定パターンと5パルス固定パターンの切り替えの動作を説明する図。The figure explaining the operation | movement of the switching of the conventional 3 pulse fixed pattern and a 5 pulse fixed pattern. 本実施例に係るパルス固定パターンと5パルス固定パターンの切り替えの動作を説明する図。The figure explaining the operation | movement of switching of the pulse fixed pattern which concerns on a present Example, and a 5 pulse fixed pattern. 固定パルスパターンのショックレス切替手段による3レベルインバータのパルスパターン生成処理のフローチャート。The flowchart of the pulse pattern production | generation process of a 3 level inverter by the shockless switching means of a fixed pulse pattern.

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

図1は、本実施例に係る電力変換装置100の構成を示すブロック図である。図示した例は、3レベル電力変換装置の固定パルスパターンショックレス切り替のブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power conversion apparatus 100 according to the present embodiment. The illustrated example is a block diagram of fixed pulse pattern shockless switching of the three-level power converter.

電力変換装置100は、交流電源1、入力変圧器2、3レベルコンバータ3、平滑コンデンサ4A・4B、及び3レベルインバータ5、電流検出器(電流検出手段)6、コンバータ制御部(コンバータ制御手段)10及びインバータ制御部(インバータ制御手段20などで)構成される。   The power converter 100 includes an AC power source 1, an input transformer 2, a three-level converter 3, smoothing capacitors 4A and 4B, a three-level inverter 5, a current detector (current detection means) 6, and a converter control unit (converter control means). 10 and an inverter control unit (inverter control means 20 or the like).

交流電源1から供給される交流電圧は入力変圧器2によって適切な電圧に変換され、3レベルコンバータ3に与えられる。   The AC voltage supplied from the AC power source 1 is converted into an appropriate voltage by the input transformer 2 and is supplied to the three-level converter 3.

入力変圧器2は、例えば、高電圧[2kV]を商用電圧[100V]に変換する。入力変圧器2は1次側と2次側のコイルで構成されていることから、2次側換算のコイルのインダクタンスL(H)及び2次側換算の抵抗R[Ω]を用いた等価回路を用いて表すことができる。図はこのようにして表現した場合を示す。   The input transformer 2 converts, for example, a high voltage [2 kV] into a commercial voltage [100 V]. Since the input transformer 2 is composed of a primary side coil and a secondary side coil, an equivalent circuit using the inductance L (H) of the coil converted to the secondary side and the resistance R [Ω] converted to the secondary side. Can be used. The figure shows the case expressed in this way.

3レベルコンバータ3の交流入力電流は、電流検出器6によって検出される。検出された電流はフィードバック電流として電流制御器(電流制御手段)15に与えられる。電流制御器15は、このフィードバック電流と別途設定された電流基準との偏差が最小となるような位相基準を出力し、固定パルスパターン変調器(固定パルスパターン変調手段)16に与える。固定パルスパターン変調器16は、交流電源1の位相と上記位相基準の値だけ位相のずれた固定パルスパターンを発生し、3レベルコンバータ3を構成するスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4にゲートパルスを与える。固定パルスパターン変調器16で使用する固定パルスパターンは、固定パルスパターン設定器によって与えられる構成となっている。   The AC input current of the three-level converter 3 is detected by the current detector 6. The detected current is supplied to a current controller (current control means) 15 as a feedback current. The current controller 15 outputs a phase reference that minimizes the deviation between the feedback current and a separately set current reference, and supplies the phase reference to the fixed pulse pattern modulator (fixed pulse pattern modulation means) 16. The fixed pulse pattern modulator 16 generates a fixed pulse pattern whose phase is shifted from the phase of the AC power source 1 by the value of the phase reference, and gate pulses are applied to the switching elements Q1, Q2, Q3, Q4 constituting the three-level converter 3. give. The fixed pulse pattern used in the fixed pulse pattern modulator 16 has a configuration given by a fixed pulse pattern setter.

本実施例1では、固定パルスパターン設定器として、3パルス固定パルスパターン設定器(固定パルスパターン設定手段)11及び5パルス固定パルスパターン設定器(固定パルスパターン設定手段)12が設けられており、これらにより、最適な、3パルス固定パターン及び5パルス固定パターンが設定され、あらかじめ用意される。   In the first embodiment, a fixed pulse pattern setting device is provided with a three-pulse fixed pulse pattern setting device (fixed pulse pattern setting device) 11 and a five-pulse fixed pulse pattern setting device (fixed pulse pattern setting device) 12, As a result, an optimal three-pulse fixed pattern and a five-pulse fixed pattern are set and prepared in advance.

パルスパターン切替器(パルスパターン切替手段)13は、パルス数切り替え条件の演算結果に応じて3パルス固定パルスパターン設定器11又は5パルス固定パルスパターン設定器12を切り替える。パルスパターン切替器13によって切り替えられたパルスパターンは、固定パルスパターンのショックレス切替手段(ショックレス切替手段)14によって、当該パルスパターンを基本波周期の数サイクル間でさらに切り替える。   The pulse pattern switcher (pulse pattern switch means) 13 switches the 3-pulse fixed pulse pattern setter 11 or the 5-pulse fixed pulse pattern setter 12 according to the calculation result of the pulse number switching condition. The pulse pattern switched by the pulse pattern switch 13 is further switched between several cycles of the fundamental wave period by a shockless switching means (shockless switching means) 14 of a fixed pulse pattern.

固定パルスパターンとは、同一の変調パターンを発生する方式であり、その基本周波数は交流電源1の周波数または負荷電動機の電気周波数と同期している。3相各相のパルスは互いに120°ずれた同一のパルスとし、図示するように各々のパルスはその1/4周期の波形が90°を挟んで左右対称となる。また、3レベル変換器のための正側のパルスと負側のパルスは上下対称となる。従って1/4周期のパルスパターンが決定されれば全てのパルスパターンは決まる。   The fixed pulse pattern is a method for generating the same modulation pattern, and its basic frequency is synchronized with the frequency of the AC power supply 1 or the electric frequency of the load motor. The three-phase pulses are the same pulses that are shifted from each other by 120 °, and as shown in the figure, the waveforms of each of the pulses are symmetrical with respect to each other with 90 ° between them. Also, the positive and negative pulses for the three-level converter are vertically symmetric. Therefore, if a 1/4 period pulse pattern is determined, all pulse patterns are determined.

図2は、電力変換装置100を構成する3レベルコンバータ3の主要部分の回路図である。3レベルコンバータ3は、R相、S相及びT相の3相を、各々を構成するスイッチングレグの並列回路で構成される。各々のスイッチングレグの構成は同一であり、その基本は、自己消弧型スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4で構成される直列回路である。各々のスイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4には夫々逆並列にフライホイールダイオードD3、D4、D5、D6が接続されている。そして各相のスイッチングレグの中間点に、入力変圧器2の対応する各相の2次出力が接続されている。   FIG. 2 is a circuit diagram of the main part of the three-level converter 3 that constitutes the power conversion apparatus 100. The three-level converter 3 is configured by a parallel circuit of switching legs that constitutes the three phases of the R phase, the S phase, and the T phase. Each switching leg has the same configuration, and is basically a series circuit including self-extinguishing type switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4. Flywheel diodes D3, D4, D5, and D6 are connected in antiparallel to the switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4, respectively. And the secondary output of each phase which the input transformer 2 respond | corresponds is connected to the intermediate point of the switching leg of each phase.

各相の正側アームの中点、また負側アームの中点には中性点から電流を流す方向にクランプダイオードD1、D2が夫々接続されている。   Clamp diodes D1 and D2 are respectively connected to the midpoint of the positive arm of each phase and the midpoint of the negative arm in a direction in which current flows from the neutral point.

そして、スイッチングレグの正電位端と中性点の間に正側コンデンサ4Aが、また、中性点とスイッチングレグの負電位端の間に負側コンデンサ4Bが接続されており、正電位、負電位及び中性点電位の3レベルを有する直流電圧を3レベルインバータ5に供給する。尚、通常、3レベルコンバータ3は、交流側から直流側への順方向の電力変換を行うが、自己消弧型スイッチング素子を使用した回路構成となっているので直流側から交流側への逆方向の電力変換も可能である。   A positive side capacitor 4A is connected between the positive potential end of the switching leg and the neutral point, and a negative side capacitor 4B is connected between the neutral point and the negative potential end of the switching leg. A DC voltage having three levels of potential and neutral point potential is supplied to the three-level inverter 5. Normally, the three-level converter 3 performs power conversion in the forward direction from the AC side to the DC side, but has a circuit configuration using a self-extinguishing type switching element, so that the reverse from the DC side to the AC side. Directional power conversion is also possible.

図3は、本発明を3レベルインバータ5に適用した場合の出力周波数とパルス数との関係を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the output frequency and the number of pulses when the present invention is applied to the three-level inverter 5.

本発明を3レベルインバータ5に適用する場合は、図1に示すコンバータ制御部10と同様の構成を有するインバータ制御部20が必要になる。コンバータ制御部10にインバータ制御部20の機能を持たせる構成にすることも可能である。以下、本発明を3レベルインバータ5に適用した場合に付いて説明する。   When the present invention is applied to the three-level inverter 5, an inverter control unit 20 having the same configuration as the converter control unit 10 shown in FIG. The converter control unit 10 may be configured to have the function of the inverter control unit 20. Hereinafter, the case where the present invention is applied to the three-level inverter 5 will be described.

また、交流入力電流は、電流検出器7によって検出される。検出された電流は、フィードバック電流として電流制御器25に与えられる。なお、図示した例は、電流検出器7を1相分のみ記入した場合を示す。   Further, the AC input current is detected by the current detector 7. The detected current is given to the current controller 25 as a feedback current. The illustrated example shows a case where the current detector 7 is written for only one phase.

電流制御器25は、このフィードバック電流と電流基準との偏差が最小となるように電圧基準を出力し、固定パルスパターン変調器26に与える。   The current controller 25 outputs a voltage reference so as to minimize the deviation between the feedback current and the current reference, and supplies the voltage reference to the fixed pulse pattern modulator 26.

固定パルスパターン変調器26は、与えられた電圧基準を出力するパルスパターンにて生成した電圧を電動機に与える。   The fixed pulse pattern modulator 26 applies a voltage generated by a pulse pattern that outputs a given voltage reference to the electric motor.

固定パルスパターンは、基本波の周波数に同期したパルスパターンとなり、高調波成分は電動機の速度が大きくなるにつれて、同位相角基準における同パルスの時間幅が小さくなっていく。このため、3レベルインバータ5の出力周波数が高くなるに従い、パルス数を減らすことにより一定のパルス幅以上を維持する必要がある。以上のことを考慮し、所定の周波数までは、固定パルスパターンとして5パルス固定パターンが使用されるが、当該所定の周波数を超えた場合には、3パルス固定パターンが使用される。図はその状態を示す。   The fixed pulse pattern is a pulse pattern synchronized with the frequency of the fundamental wave, and the harmonic width of the harmonic component decreases as the motor speed increases. For this reason, it is necessary to maintain a certain pulse width or more by reducing the number of pulses as the output frequency of the three-level inverter 5 increases. In consideration of the above, up to a predetermined frequency, a 5-pulse fixed pattern is used as a fixed pulse pattern. When the predetermined frequency is exceeded, a 3-pulse fixed pattern is used. The figure shows the state.

図4は、従来の、3パルス固定パターンと5パルス固定パターンの切り替えの動作を説明する図である。図4(1)は、3パルス固定パターンを示す図である。3パルス固定パターンは、基本波半周期(180°)間に3パルス固定パターンが出力される。図4(2)は、5パルス固定パターンを示す図である。5パルス固定パターンは、基本波半周期(180°)間に5パルス固定パターンが出力される。   FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional switching operation between a 3-pulse fixed pattern and a 5-pulse fixed pattern. FIG. 4 (1) is a diagram showing a three-pulse fixed pattern. The three-pulse fixed pattern is output during the fundamental wave half cycle (180 °). FIG. 4B is a diagram showing a 5-pulse fixed pattern. As for the 5-pulse fixed pattern, the 5-pulse fixed pattern is output during the fundamental wave half cycle (180 °).

図3に示すように、負荷側(例えば、電動機)に要求される周波数により3パルス固定パターンと5パルス固定パターンが切り替えられて使用される。従来は、図4(1)に示す3パルス固定パターンと図4(2)に示す5パルス固定パターンを切り替えて使用していた。   As shown in FIG. 3, the 3-pulse fixed pattern and the 5-pulse fixed pattern are switched and used according to the frequency required on the load side (for example, the electric motor). Conventionally, the three-pulse fixed pattern shown in FIG. 4 (1) and the five-pulse fixed pattern shown in FIG. 4 (2) are switched and used.

しかしながら、従来のパルスパターン切り替え手法では、パルスパターンの切り替わりのタイミングで、出力電圧の位相基準でのパルスパターンが異なるため、パルスが不連続となり、トルクショックが発生する。トルクショックは図4(1)又は(2)に示すパルスA〜C全てのパルスにおいて起こりうるが、パルスCの不連続が最も大きな要因となる。   However, in the conventional pulse pattern switching method, the pulse pattern based on the phase reference of the output voltage is different at the timing of switching the pulse pattern, so that the pulse becomes discontinuous and torque shock occurs. Torque shock can occur in all the pulses A to C shown in FIG. 4 (1) or (2), but the discontinuity of the pulse C is the largest factor.

本発明においては、固定パルスパターンのパルス数切り替え時における、トルクショックレスでのパルスパターン移行のための制御手法を提案する。   In the present invention, a control method for pulse pattern transition without torque shock at the time of switching the number of pulses of a fixed pulse pattern is proposed.

図5は、本実施例に係る3パルス固定パターンと5パルス固定パターンの切り替えの動作を説明する図である。図5(1)は、図4(1)同様、3パルス固定パターンを示す図であるため、その説明を省く。図5(2)及び(3)は、5パルス固定パターンの変化の様子を示す図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining the switching operation between the 3-pulse fixed pattern and the 5-pulse fixed pattern according to the present embodiment. FIG. 5 (1) is a diagram showing a three-pulse fixed pattern, as in FIG. 4 (1), and a description thereof will be omitted. FIGS. 5 (2) and 5 (3) are diagrams showing how the 5-pulse fixed pattern changes.

以下、図5を参照して、図5(1)に示す3パルス固定パターンから図5(2)又は図5(3)に示す5パルス固定パターンを参照して、パルス切り替え方法を説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 5, the pulse switching method will be described with reference to the 5-pulse fixed pattern shown in FIG. 5 (2) or 5 (3) from the 3-pulse fixed pattern shown in FIG. 5 (1).

初めに、基本波半周期において幅の狭いパルス(付加パルス)Cを両端に出力する(図5(2)のパルスC参照)。この際、パルスBのパルス幅は固定としておき、パルスAのパルス幅αは一次電圧基準の実効値がパルスパターン切り替え前と同様となるように演算し決定する。   First, a narrow pulse (additional pulse) C is output to both ends in the half-cycle of the fundamental wave (see pulse C in FIG. 5 (2)). At this time, the pulse width of the pulse B is fixed, and the pulse width α of the pulse A is determined by calculating so that the effective value of the primary voltage reference is the same as before the pulse pattern switching.

パルスCのパルス幅をゆっくりと変化させながら、パルスCが所定のパルス幅となるまでこの演算を繰り返すことにより、ショックレスなパルスパターン切り替えを実施する。図5(3)は、このようにして、所定のパルス幅に到達した状態を示す。したがってこの場合、パルスAのパルス幅αは、一次電圧基準の実効値がパルスパターン切り替え前と同様になるように演算して決定された結果、パルス幅αは当初より狭くなる。図5(3)はこのようにして3パルス固定パターンから5パルス固定パターンに切り替えられた状態を示す。   By repeating this calculation until the pulse C reaches a predetermined pulse width while slowly changing the pulse width of the pulse C, shockless pulse pattern switching is performed. FIG. 5 (3) shows a state where a predetermined pulse width is reached in this way. Therefore, in this case, the pulse width α of the pulse A is determined by calculating so that the effective value of the primary voltage reference is the same as that before the pulse pattern switching. As a result, the pulse width α becomes narrower than the initial value. FIG. 5 (3) shows a state in which the 3-pulse fixed pattern is switched to the 5-pulse fixed pattern in this way.

図6は、固定パルスパターンのショックレス切替手段14による3レベルコンバータ3のパルスパターン生成処理(パルスパターン生成手段)のフローチャートである。なお、この処理は、固定パルスパターンのショックレス切り替え手段24による3レベルインバータのパルスパターン生成処理のフローチャートと同様である。   FIG. 6 is a flowchart of the pulse pattern generation processing (pulse pattern generation means) of the three-level converter 3 by the shockless switching means 14 of the fixed pulse pattern. This process is the same as the flowchart of the pulse pattern generation process of the three-level inverter by the shockless switching means 24 of the fixed pulse pattern.

このフローチャートでは出力周波数の基本波周期を1サイクルとしており、3パルス固定パターンと5パルス固定パターンとのパルスパターンの切り替えの手段について説明している。なお、本発明は3パルスと5パルスとの切り替えだけでなく、(2n−1)パルスと(2n+1)パルスとの切り替えに適用できる。nは正の整数である。   In this flowchart, the fundamental wave period of the output frequency is one cycle, and the means for switching the pulse pattern between the three-pulse fixed pattern and the five-pulse fixed pattern is described. The present invention can be applied not only to switching between 3 pulses and 5 pulses, but also to switching between (2n-1) pulses and (2n + 1) pulses. n is a positive integer.

3パルスと5パルスとの切り替え判定により、速度センサ(図示しない)により検出された電動機の速度が、3パルスと5パルスとの切り替え周波数以上であるか判別する(図6のステップS1)。なお、この判別には速度センサ(図示しない)により検出された電動機だけでなく、速度センサレスの電動機制御において得られた推定速度を用いることによっても達成できる。   Based on the switching determination between 3 pulses and 5 pulses, it is determined whether the speed of the motor detected by the speed sensor (not shown) is equal to or higher than the switching frequency between 3 pulses and 5 pulses (step S1 in FIG. 6). This determination can be achieved not only by the electric motor detected by the speed sensor (not shown) but also by using the estimated speed obtained in the electric motor control without the speed sensor.

3パルスと5パルスとの切り替えを実施するか否かの判定により(ステップS1)、切替実施と判定され(ステップS1のY)、電動機速度が3パルスと5パルスとの切り替え周波数以上であると判定された場合(ステップS2のY)、パルスパターンが3パルスであれば(ステップS3)、この速度領域において正常なパルス数であると判断し、パルスパターン生成処理を実施しない。   By determining whether to perform switching between 3 pulses and 5 pulses (step S1), it is determined that switching is performed (Y in step S1), and the motor speed is equal to or higher than the switching frequency between 3 pulses and 5 pulses. If it is determined (Y in step S2), if the pulse pattern is 3 pulses (step S3), it is determined that the number of pulses is normal in this speed region, and the pulse pattern generation process is not performed.

他方、ステップS3において、5パルスであれば(ステップS3のN)、基本波の半周期での両端のパルスCの幅が半導体素子の耐えうる最小オンパルス幅であるかどうか判定を行う(ステップS4)。   On the other hand, if there are 5 pulses in step S3 (N in step S3), it is determined whether the width of the pulse C at both ends in the half cycle of the fundamental wave is the minimum on-pulse width that the semiconductor element can withstand (step S4). ).

ステップS4において、最小オンパルス幅であれば(ステップS4のY)、パルスCを除去する(ステップS5)。他方、ステップS4において、最小オンパルス幅でなければ(ステップS4のN)、パルスCからΔdだけパルス幅を狭くさせる(ステップS6)。   If it is the minimum on-pulse width in step S4 (Y in step S4), the pulse C is removed (step S5). On the other hand, if the pulse width is not the minimum on-pulse width in step S4 (N in step S4), the pulse width is narrowed by Δd from pulse C (step S6).

3パルスと5パルスとの切り替えを実施するか否かの判定により(ステップS1)、切替実施と判定され(ステップS1のY)、電動機速度が3パルスと5パルスとの切り替え周波数未満であると判定された場合(ステップS2のN)、固定パルスパターンとして5パルスを用いる周波数領域でのパルスパターン生成処理を実施する。以下、具体的に説明する。   By determining whether or not to perform switching between 3 pulses and 5 pulses (step S1), it is determined that switching is performed (Y in step S1), and the motor speed is less than the switching frequency between 3 pulses and 5 pulses. If it is determined (N in step S2), a pulse pattern generation process is performed in the frequency domain using 5 pulses as the fixed pulse pattern. This will be specifically described below.

ステップS7において、3パルスであれば(ステップS7のY)、基本波の半周期での両端に、半導体素子の耐えうる最小オンパルス幅のパルスCを出力させる(ステップS8)。3パルスでなければステップS7のN)、基本波の半周期での両端のパルスCの幅が、所望のパルス幅dであるかどうか判別を行う。パルス幅がdであれば、この速度領域において正常なパルス数であると判断する。パルスCの幅がdでなければ、パルスCのパルス幅をΔdだけ広くする(ステップS10)。   In step S7, if there are three pulses (Y in step S7), pulses C having the minimum on-pulse width that can be tolerated by the semiconductor element are output to both ends of the half-cycle of the fundamental wave (step S8). If it is not three pulses (N in step S7), it is determined whether or not the width of the pulse C at both ends in the half cycle of the fundamental wave is the desired pulse width d. If the pulse width is d, it is determined that the number of pulses is normal in this speed region. If the width of the pulse C is not d, the pulse width of the pulse C is increased by Δd (step S10).

上記の判別を実施した後、パルスAのパルス幅αの演算を実施する。パルス幅αは、出力電圧基準の実効値がパルス幅切り替え前と同様になるように演算し決定する(ステップS11)。決定されたパルスパターンによるパルス幅が3レベルインバータを構成するスイッチング素子のゲートに出力される(ステップS11)。   After performing the above determination, the pulse width α of the pulse A is calculated. The pulse width α is determined by calculating so that the effective value of the output voltage reference is the same as before switching the pulse width (step S11). A pulse width based on the determined pulse pattern is output to the gate of the switching element constituting the three-level inverter (step S11).

この発明により、固定パルスパターンのパルス数切り替え時における、トルクショックレスでのパルスパターン移行が可能となる。   According to the present invention, it is possible to shift the pulse pattern without torque shock when switching the number of pulses of the fixed pulse pattern.

1 交流電源
2 入力変圧器
3 3レベルコンバータ
4A、4B 平滑コンデンサ
5 3レベルインバータ
10 コンバータ制御部
11 3パルス固定パルスパターン設定器
12 5パルス固定パルスパターン設定器
13 パルスパターン切替器
14 固定パルスパターンのショックレス切替手段
15 電流制限器
16 固定パルスパターン変調器
20 インバータ制御部
21 3パルス固定パルスパターン設定器
22 5パルス固定パルスパターン設定器
23 パルスパターン切替器
24 固定パルスパターンのショックレス切替手段
25 電流制限器
26 固定パルスパターン変調器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Input transformer 3 3 level converter 4A, 4B Smoothing capacitor 5 3 level inverter 10 Converter control part 11 3 pulse fixed pulse pattern setting device 12 5 pulse fixed pulse pattern setting device 13 Pulse pattern switching device 14 Fixed pulse pattern Shockless switching means 15 Current limiter 16 Fixed pulse pattern modulator 20 Inverter controller 21 3 pulse fixed pulse pattern setter 22 5 pulse fixed pulse pattern setter 23 Pulse pattern switcher 24 Shockless switching means 25 of fixed pulse pattern Current Limiter 26 Fixed pulse pattern modulator

Claims (4)

交流電力から直流電力に変換する3レベルコンバータ及び前記直流電力から交流電力に変換する3レベルインバータを備えた電力変換装置において、
前記3レベルコンバータの直流電力出力側に接続された平滑コンデンサと、
前記3レベルコンバータに入力される交流電力の基本出力の低次高調波を低減するためにパルスパターンが異なる複数の固定パルスパターンを個々に設定する複数の固定パルスパターン設定手段と、
前記固定パルスパターン設定手段で設定された固定パルスパターンを選択的に切り替えるパルスパターン切替手段と、
前記パルスパターン切替手段により切り替えられた固定パルスパターンをショクレスに切り替える固定パルスパターンのショックレス切替手段と、
前記ショックレス切替手段によって切り替えられた固定パルスパターンを前記3レベルコンバータに入力するために変調する固定パルスパターン変調手段と、
前記3レベルコンバータに入力される交流電力の交流入力電流を所定時間ごとに検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された交流電流と、別途設定された電流基準との偏差が最小となるような位相基準を前記固定パルスパターン変調手段に出力する電流制御手段と、
を備え、
前記固定パルスパターン変調手段は、
前記電流制御手段による制御結果に基づいて前記ショックレス切替手段によって設定されたパルスパターンで設定されたパルスを、前記3レベルコンバータを構成するスイッチング素子のゲートに与え
前記ショックレス切替手段は、
固定パルスパターンのパルス数を切り替える際、基本波半周期において、幅の狭い付加パルスを、切り替え前の前記固定パルスパターンの両端に付加し、
前記付加パルスを付加する前と後で、前記交流電力の1次電圧基準の実効値が同様になるように、変更前の固定パルスのパルス幅を狭める演算をして設定したパルスパターンを出力することを特徴とする電力変換装置。
In a power converter comprising a three-level converter for converting AC power to DC power and a three-level inverter for converting DC power to AC power,
A smoothing capacitor connected to the DC power output side of the three-level converter;
A plurality of fixed pulse pattern setting means for individually setting a plurality of fixed pulse patterns having different pulse patterns in order to reduce low-order harmonics of the basic output of AC power input to the three-level converter;
Pulse pattern switching means for selectively switching the fixed pulse pattern set by the fixed pulse pattern setting means;
A fixed pulse pattern shockless switching means for switching the fixed pulse pattern switched by the pulse pattern switching means to shockless;
Fixed pulse pattern modulating means for modulating the fixed pulse pattern switched by the shockless switching means for input to the three-level converter;
Current detection means for detecting AC input current of AC power input to the three-level converter every predetermined time;
Current control means for outputting to the fixed pulse pattern modulation means a phase reference that minimizes the deviation between the alternating current detected by the current detection means and a separately set current reference;
With
The fixed pulse pattern modulation means includes
Applying a pulse set in a pulse pattern set by the shockless switching means based on a control result by the current control means to a gate of a switching element constituting the three-level converter ;
The shockless switching means is
When switching the number of pulses of the fixed pulse pattern, in the fundamental wave half cycle, a narrow additional pulse is added to both ends of the fixed pulse pattern before switching,
Before and after adding the additional pulse, output a pulse pattern set by calculating to narrow the pulse width of the fixed pulse before the change so that the effective value of the primary voltage reference of the AC power is the same. The power converter characterized by the above-mentioned.
前記ショックレス切替手段は、
前記付加パルスを付加する際、当該付加パルスのパルス幅を変化させながら当該付加パルスのパルス幅が所定のパルス幅になるまで前記演算を繰り返すことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
The shockless switching means is
2. The power converter according to claim 1 , wherein when adding the additional pulse, the calculation is repeated until the pulse width of the additional pulse becomes a predetermined pulse width while changing the pulse width of the additional pulse .
交流電力から直流電力に変換する3レベルコンバータ及び前記直流電力から交流電力に変換する3レベルインバータを備えた電力変換装置において、
前記3レベルコンバータの直流電力出力側に接続された平滑コンデンサと、
前記3レベルインバータから出力される交流電力の基本出力の低次高調波を低減するためにパルスパターンが異なる複数の固定パルスパターンを個々に設定する複数の固定パルスパターン設定手段と、
前記固定パルスパターン設定手段で設定された固定パルスパターンを選択的に切り替えるパルスパターン切替手段と、
前記パルスパターン切替手段により切り替えられた固定パルスパターンをショクレスに切り替える固定パルスパターンのショックレス切替手段と、
前記ショックレス切替手段によって切り替えられた固定パルスパターンを前記3レベルインバータに入力するために変調する固定パルスパターン変調手段と、
前記3レベルインバータから出力される交流電力の交流出力電流を所定時間ごとに検知する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された交流電流と、電流基準との偏差が最小となるような位相基準を前記固定パルスパターン変調手段に出力する電流制御手段と、
を備え、
前記固定パルスパターン変調手段は、
前記電流制御手段による制御結果に基づいて前記ショックレス切替手段によって設定されたパルスパターンで設定されたパルスを、前記3レベルインバータを構成するスイッチング素子のゲートに与え、
前記ショックレス切替手段は、
固定パルスパターンのパルス数を切り替える際、基本波半周期において、幅の狭い付加パルスを切り替え前の前記固定パルスパターンの両端に付加し、
前記付加パルスを付加する前と後で、前記交流電力の1次電圧基準の実効値が同様になるように、変更前の固定パルスのパルス幅を狭める演算をして設定したパルスパターンを出力することを特徴とする電力変換装置。
In a power converter comprising a three-level converter for converting AC power to DC power and a three-level inverter for converting DC power to AC power,
A smoothing capacitor connected to the DC power output side of the three-level converter;
A plurality of fixed pulse pattern setting means for individually setting a plurality of fixed pulse patterns having different pulse patterns in order to reduce low-order harmonics of the basic output of AC power output from the three-level inverter;
Pulse pattern switching means for selectively switching the fixed pulse pattern set by the fixed pulse pattern setting means;
A fixed pulse pattern shockless switching means for switching the fixed pulse pattern switched by the pulse pattern switching means to shockless;
Fixed pulse pattern modulating means for modulating the fixed pulse pattern switched by the shockless switching means to be input to the three-level inverter;
Current detection means for detecting an AC output current of AC power output from the three-level inverter every predetermined time;
Current control means for outputting to the fixed pulse pattern modulation means a phase reference that minimizes the deviation between the alternating current detected by the current detection means and the current reference;
With
The fixed pulse pattern modulation means includes
Applying a pulse set in a pulse pattern set by the shockless switching means based on a control result by the current control means to a gate of a switching element constituting the three-level inverter;
The shockless switching means is
When switching the number of pulses of a fixed pulse pattern, in the fundamental wave half cycle, add a narrow additional pulse to both ends of the fixed pulse pattern before switching,
Before and after adding the additional pulse, output a pulse pattern set by calculating to narrow the pulse width of the fixed pulse before the change so that the effective value of the primary voltage reference of the AC power is the same. The power converter characterized by the above-mentioned.
前記ショックレス切替手段は、
前記付加パルスを付加する際、当該付加パルスのパルス幅を変化させながら当該付加パル
スのパルス幅が所定のパルス幅になるまで前記演算を繰り返すことを特徴とする請求項3
記載の電力変換装置。
The shockless switching means is
When adding the additional pulse, the additional pulse is changed while changing the pulse width of the additional pulse.
Claim scan pulse width and repeating the operation until a predetermined pulse width 3
The power converter described .
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