JP6295809B2 - 電力変換装置、制御装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る電力変換装置1は、電源2から供給される電力を所定の電力へ変換して負荷3へ出力する。例えば、電源2が直流電源であり、負荷3が交流電動機である場合、電力変換装置1は、電源2から供給される直流電力を交流電力へ変換して負荷3へ出力する。なお、電源2は、例えば、交流電源であってもよく、負荷3は、例えば、電力系統であってもよい。
電力変換装置1は、電力変換部10と、制御部20とを備える。電力変換部10は、複数のスイッチング素子を有し、電源2と負荷3との間に接続される。制御部20は、指令生成部21と、PWM信号生成部22とを備える。
図2は、電力変換部10および制御部20の構成例を示す図である。図2に示すように、電力変換部10は、入力端子Tp、Tnと、出力端子Ta、Tbと、単相インバータ回路13と、ゲート駆動回路11と、電流検出部12と、温度検出部18とを備える。
制御部20は、図2に示すように、指令生成部21と、PWM信号生成部22とを備える。指令生成部21は、電流指令生成器23と、電流制御器24とを備え、PWM信号生成部22は、キャリア信号生成部30と、モード切替部31と、指令更新部32と、シフト部33と、比較部34とを備える。
ここで、制御部20の処理の流れの一例を説明する。図5は、制御部20の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
次に、第2の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第2の実施形態に係る電力変換装置は、直流電圧を3相交流電圧へ変換して出力する直列多重電力変換装置である点で、第1の実施形態に係る電力変換装置1と異なる。なお、以下においては、電力変換装置1と同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、第3の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第3の実施形態に係る電力変換装置は、直流電圧を3相交流電圧へ変換して出力する点で、第1の実施形態に係る電力変換装置1と異なる。なお、以下においては、電力変換装置1、1Aと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図8に示すように、電力変換部10Bは、入力端子Tp、Tnと、出力端子Tu、Tv、Twと、3相2レベルインバータ回路13Bと、ゲート駆動回路11Bと、電流検出部12Aと、温度検出部18とを備える。出力端子Tu、Tv、Twは、それぞれ負荷3AのU相、V相およびW相に接続される。
制御部20Bは、図8に示すように、指令生成部21Aと、PWM信号生成部22Bとを備える。PWM信号生成部22Bは、キャリア信号生成部30Bと、モード切替部31Bと、指令更新部32Bと、シフト部33Bと、比較部34Bとを備える。
次に、第4の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第4の実施形態に係る電力変換装置は、3レベルの直流電圧を3相交流電圧へ変換する点で、第3の実施形態に係る電力変換装置1Bと異なる。なお、以下においては、電力変換装置1Bと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図10に示すように、電力変換部10Cは、入力端子Tp、Tnと、出力端子Tu、Tv、Twと、3相3レベルインバータ回路13Cと、ゲート駆動回路11Cと、電流検出部12Aと、温度検出部18とを備える。
制御部20Cは、図10に示すように、指令生成部21Cと、PWM信号生成部22Cとを備える。指令生成部21Cは、電流指令生成器23Aと、電流制御器24Cと、電圧指令生成部25Cとを備える。
次に、第5の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第5の実施形態に係る電力変換装置は、空間ベクトル法によってPWM信号を生成する点で、第3の実施形態に係る電力変換装置1Bと異なる。なお、以下においては、電力変換装置1Bと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、第6の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第6の実施形態に係る電力変換装置は、空間ベクトル法によってPWM信号を生成する点で、第4の実施形態に係る電力変換装置1Cと異なる。なお、以下においては、電力変換装置1C、1Dと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、第7の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第7の実施形態に係る電力変換装置は、PWM信号生成部から出力されるPWM信号に対し状態反転処理を施すことにより、1つの第1期間T1を設定したPWM信号を生成する点で、電力変換装置1Bと異なる。なお、以下においては、電力変換装置1Bと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、第8の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第8の実施形態に係る電力変換装置は、ゲート駆動回路の出力に対し状態反転処理を施すことにより、1つの第1期間T1を設定したPWM信号を生成する点で、第7の実施形態に係る電力変換装置1Fと異なる。なお、以下においては、第7の実施形態の電力変換装置1Fと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
2 電源
3、3A 負荷
5a、5b、6a〜6c 出力線
10、10A、10B、10C、10G 電力変換部
11、11A、11B、11C、11C’ ゲート駆動回路
12、12A 電流検出部
13 単相インバータ回路
13A 3相2レベルインバータ回路
13B 3相3レベルインバータ回路
14 電力変換セル部
15a〜15i、15 単相電力変換セル
20、20B〜20G、17 制御部
21、21A、21C、21D 指令生成部
22、22B〜22G PWM信号生成部
23、23A 電流指令生成器
24、24A、24C、24D 電流制御器
25C 電圧指令生成部
26、31、31B、31D モード切替部
27、27G 状態反転部
30、30B キャリア信号生成部
32、32B、32C 指令更新部
33、33B、33C シフト部
34、34B、34C 比較部
35、35E 選択部
36、36E 演算部
37、37E 変更部
38、38E 生成部
39 反転時間演算部
Claims (9)
- 複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子を駆動して負荷へ電圧を出力する電力変換部と、
ゼロ電圧を出力する第1期間と非ゼロ電圧を出力する第2期間とを電圧指令に応じて調整したPWM信号を前記電力変換部へ出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電圧指令の更新周期毎に、1つの前記第1期間と1つ以上の前記第2期間とが組み合わせられた前記PWM信号を前記電力変換部へ出力し、
前記制御部は、
前記PWM信号として、前記更新周期毎に、前記第1期間の後に前記第2期間になる第1パターンのPWM信号と、前記第2期間の後に前記第1期間になる第2パターンのPWM信号とを交互に切り替えて前記電力変換部へ出力するPWM信号生成部を備え、
前記PWM信号生成部は、
前記第1パターンのPWM信号と前記第2パターンのPWM信号とを前記更新周期毎に交互に切り替えて前記電力変換部へ出力する第1モードと、前記第1期間、前記第2期間および前記第1期間の順に移行する第3パターンのPWM信号を前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力する第2モードとを所定条件に基づいて切り替えるモード切替部を有する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記電圧指令として、各相の相電圧指令を生成する指令生成部を備え、
前記PWM信号生成部は、
キャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
前記キャリア信号のピーク値および/またはボトム値に基づいて前記各相の相電圧指令を前記キャリア信号に対して相対的にシフトするシフト部と、
前記シフト部によってシフトされた前記各相の相電圧指令と前記キャリア信号とを比較して各相の前記PWM信号を生成する比較部と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記シフト部は、
前記各相の相電圧指令のうち最大の相電圧指令が前記キャリア信号のピーク値になるように前記各相の相電圧指令をシフトする、または、前記各相の相電圧指令のうち最小の相電圧指令が前記キャリア信号のボトム値になるように前記各相の相電圧指令をシフトする
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記電力変換部は、多レベル出力で構成され、
前記指令生成部は、
前記各相の相電圧指令毎に第1の相電圧指令と第2の相電圧指令の2つの相電圧指令を生成し、生成した複数の第1の相電圧指令と複数の第2の相電圧指令を出力し、
前記シフト部は、
前記複数の第1の相電圧指令のうち最大の第1の相電圧指令が前記キャリア信号のピーク値になるように前記複数の第1の相電圧指令をシフトし、前記複数の第2の相電圧指令のうち最小の相電圧指令が前記キャリア信号のボトム値になるように前記複数の第2の相電圧指令をシフトする
ことを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第2期間、前記第1期間および前記第2期間の順に移行するパターンのPWM信号を前記PWM信号として、前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力するPWM信号生成部を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記PWM信号生成部は、
前記第2期間、前記第1期間および前記第2期間の順に移行するパターンのPWM信号を前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力する第1モードと、前記第1期間、前記第2期間、前記第1期間、前記第2期間および前記第1期間の順に移行するパターンのPWM信号を前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力する第2モードとを所定条件に基づいて切り替えるモード切替部を有する
ことを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記電圧指令を生成する指令生成部を備え、
前記PWM信号生成部は、
前記電圧指令に基づいて複数の電圧ベクトルから2つ以上のゼロ電圧ベクトルと1つ以上の非ゼロ電圧ベクトルとの組み合わせを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された電圧ベクトルの出力期間を演算する演算部と、
前記演算部によって演算された出力期間のうち前記2つ以上のゼロ電圧ベクトルの出力期間の合計期間を1つのゼロ電圧ベクトルの出力期間として変更する変更部と、
前記変更部によって変更された出力期間を前記1つの第1期間とし、前記1つ以上の非ゼロ電圧ベクトルの出力期間を前記1つ以上の第2期間とする前記PWM信号を生成する生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1、5または6に記載の電力変換装置。 - 電圧指令を生成する指令生成部と、
ゼロ電圧を出力する第1期間と非ゼロ電圧を出力する第2期間とを前記電圧指令に応じて調整したPWM信号を電力変換部へ出力する信号生成部と、を備え、
前記信号生成部は、
前記電圧指令の更新周期毎に、1つの前記第1期間と1つ以上の前記第2期間とが組み合わせられた前記PWM信号を前記電力変換部へ出力し、
前記PWM信号として、前記更新周期毎に、前記第1期間の後に前記第2期間になる第1パターンのPWM信号と、前記第2期間の後に前記第1期間になる第2パターンのPWM信号とを交互に切り替えて前記電力変換部へ出力し、
前記第1パターンのPWM信号と前記第2パターンのPWM信号とを前記更新周期毎に交互に切り替えて前記電力変換部へ出力する第1モードと、前記第1期間、前記第2期間および前記第1期間の順に移行する第3パターンのPWM信号を前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力する第2モードとを所定条件に基づいて切り替える
ことを特徴とする制御装置。 - 電圧指令を生成する指令生成工程と、
ゼロ電圧を出力する第1期間と非ゼロ電圧を出力する第2期間とを前記電圧指令に応じて調整したPWM信号を電力変換部へ出力する信号生成工程と、を含み、
前記信号生成工程は、
前記電圧指令の更新周期毎に、1つの前記第1期間と1つ以上の前記第2期間とが組み合わせられた前記PWM信号を前記電力変換部へ出力し、
前記PWM信号として、前記更新周期毎に、前記第1期間の後に前記第2期間になる第1パターンのPWM信号と、前記第2期間の後に前記第1期間になる第2パターンのPWM信号とを交互に切り替えて前記電力変換部へ出力し、
前記第1パターンのPWM信号と前記第2パターンのPWM信号とを前記更新周期毎に交互に切り替えて前記電力変換部へ出力する第1モードと、前記第1期間、前記第2期間および前記第1期間の順に移行する第3パターンのPWM信号を前記更新周期毎に繰り返し前記電力変換部へ出力する第2モードとを所定条件に基づいて切り替える
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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