JP6575865B2 - 3-level inverter control method and control apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、半導体スイッチング素子を用いて直流電圧から3レベルの交流電圧を出力する3レベルインバータの制御方法及び制御装置に関するものである。   The present invention relates to a control method and a control device for a three-level inverter that outputs a three-level AC voltage from a DC voltage using a semiconductor switching element.

図2は、一般的な3レベルインバータの主回路を示している。ここでは、理解を容易にするために、三相のうち一相(例えばU相)分の構成及び動作を説明する。
図2において、B,Bは直列に接続された直流電源であり、Oは中点である。直流電源B,Bの直列回路の両端には、半導体スイッチング素子(以下、単にスイッチング素子ともいう)S〜Sが直列に接続され、スイッチング素子S,S同士の接続点とスイッチング素子S,S同士の接続点との間には、ダイオードD,Dの直列回路が接続されている。
FIG. 2 shows a main circuit of a general three-level inverter. Here, in order to facilitate understanding, the configuration and operation of one phase (for example, U phase) of the three phases will be described.
In FIG. 2, B 1 and B 2 are DC power supplies connected in series, and O is a midpoint. Semiconductor switching elements (hereinafter also simply referred to as switching elements) S 1 to S 4 are connected in series to both ends of the series circuit of the DC power supplies B 1 and B 2 , and a connection point between the switching elements S 1 and S 2 is connected to each other. A series circuit of diodes D 1 and D 2 is connected between the connection points of the switching elements S 3 and S 4 .

前記中点OとダイオードD,Dの同士の接続点とは、同一の電位を保つために接続され、スイッチング素子S,S同士の接続点は、U相の出力端子となっている。
なお、直流電源Bの正極電位をE、直流電源Bの負極電位を−Eとし、中点Oの電位を0[V]とする。
The midpoint O and the connection point between the diodes D 1 and D 2 are connected to maintain the same potential, and the connection point between the switching elements S 2 and S 3 serves as a U-phase output terminal. Yes.
Note that the positive potential of the DC power supply B 1 is E d , the negative potential of the DC power supply B 2 is −E d, and the potential at the midpoint O is 0 [V].

上記のように構成された3レベルインバータは、スイッチング素子S〜S及びダイオードD,Dの動作により、出力端子Uの電位(以下、電圧と同義とする)は、直流回路の3つの電位E,0,−Eとなる。
例えば、スイッチング素子S,Sがオンして同S,Sがオフしている状態では、出力電圧はEとなり(ただし、スイッチング素子の電圧降下は無視する)、同S,Sがオンして同S,Sがオフしている状態では、出力電圧は0となり、同S,Sがオンして同S,Sがオフしている状態では、出力電圧は−Eとなる。
In the three-level inverter configured as described above, the potential of the output terminal U (hereinafter, synonymous with voltage) is 3 of the DC circuit by the operation of the switching elements S 1 to S 4 and the diodes D 1 and D 2. Two potentials E d , 0, and −E d are obtained.
For example, in a state where the switching element S 1, S 2 is turned to the S 3, S 4 are turned off, the output voltage E d becomes (however, the voltage drop of the switching element is ignored), the S 2, When S 3 is on and S 1 and S 4 are off, the output voltage is 0, and when S 3 and S 4 are on and S 1 and S 2 are off, The output voltage is −E d .

次に、図3は、他の構成の3レベルインバータの一相分を示す回路図である。この回路では、図2におけるダイオードD,Dが省略され、スイッチング素子S,S同士の接続点と中点Oとの間に、スイッチング素子S,Sからなる双方向スイッチSが接続されている。
この従来技術における出力電圧の種類は図2と同じであり、例えば、スイッチング素子Sがオンして同S〜Sがオフしていれば、出力電圧はEとなり、同S,Sがオンして同S,Sがオフしていれば、出力電圧は0となり、同Sがオンして同S〜Sがオフしていれば、出力電圧は−Eとなる。
Next, FIG. 3 is a circuit diagram showing one phase of a three-level inverter having another configuration. In this circuit, a diode D 1, D 2 are omitted in FIG. 2, between the switching element S 1, S 4 connecting point between the midpoint O, bidirectional switch S consisting of the switching elements S 2, S 3 0 is connected.
The type of output voltage in this prior art is the same as in FIG. 2. For example, if the switching element S 1 is turned on and S 2 to S 4 are turned off, the output voltage becomes E d , and S 2 , S 2 , if the S 3 is turned on the S 1, S 4 is turned off, the output voltage is 0, the S 4 is turned on the S 1 to S 3 are if off, the output voltage -E d .

このように、3レベルインバータでは3つのレベルの電圧(直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧)を出力可能であるため、2レベルインバータと比較すると、負荷に加わる急峻な電圧変化を緩和し、例えば負荷が電動機である場合のサージ電圧の抑制等に効果的であることが知られており、広く用いられている。   In this way, the three-level inverter can output three levels of voltage (DC high voltage, DC medium voltage, and DC low voltage), so that compared to the two-level inverter, the steep voltage change applied to the load is alleviated. For example, it is known and effective for suppressing a surge voltage when the load is an electric motor.

なお、3レベルインバータの制御方法の従来技術としては、特許文献1,2に記載されたものがある。
特許文献1には、出力電圧指令の周波数指令または振幅指令に基づき、低出力電圧領域ではダイポーラ変調、中出力電圧領域ではユニポーラ変調、それ以降は過変調というように、複数の変調方式を切り替える方法が記載されている。
また、特許文献2には、コモンモード電圧を抑制するために、瞬時空間ベクトルを用いて出力電圧指令に適する複数の出力電圧ベクトルを選択してこれらを順次出力させる制御方法が開示されており、スイッチング回数が必要以上に増加しないように電圧ベクトルを遷移させることも示唆されている。
In addition, there exist some which were described in patent document 1, 2 as a prior art of the control method of a three level inverter.
Patent Document 1 discloses a method of switching a plurality of modulation methods based on a frequency command or an amplitude command of an output voltage command, such as dipolar modulation in a low output voltage region, unipolar modulation in a medium output voltage region, and overmodulation thereafter. Is described.
Patent Document 2 discloses a control method for selecting a plurality of output voltage vectors suitable for an output voltage command using an instantaneous space vector and sequentially outputting them in order to suppress common mode voltage, It has also been suggested that the voltage vector transition so that the number of switching times does not increase more than necessary.

特許文献1に記載された従来技術は、様々な変調方式を切り替えるものであるが、ユニポーラ変調では、出力電圧指令が正の場合に、1スイッチング周期当たり直流回路のEと0との間でスイッチングが発生し、出力電圧指令が負の場合に、1スイッチング周期当たり0と−Eとの間でスイッチングが発生する。すなわち、各相について2回(一つのスイッチング素子がオフからオンに変化し、更にオンからオフに戻る動作を2回とする)のスイッチングが発生するので、三相全体では、合計6回のスイッチング回数となる。
一方、ダイポーラ変調の場合は、低出力領域で更にスイッチング回数が増加することになり、スイッチング損失に起因して装置の効率が低下するという問題がある。
The conventional technique described in Patent Document 1 switches various modulation schemes. In unipolar modulation, when the output voltage command is positive, it is between E d and 0 of the DC circuit per switching period. switching occurs, when the output voltage command is negative, switching occurs between 0 and -E d per switching cycle. That is, since switching occurs twice for each phase (one switching element changes from off to on and then returns from on to off twice), the total switching for the three phases is a total of six times. Number of times.
On the other hand, in the case of dipolar modulation, the number of times of switching further increases in a low output region, and there is a problem that the efficiency of the apparatus is reduced due to switching loss.

また、特許文献2に記載された従来技術によれば、選択した複数の出力電圧ベクトルを遷移させる順序によっては、スイッチング回数を減少させることが可能である。しかし、安価なマイコン等のカウンタ(タイマ)を用いて、各電圧ベクトルの時間比率等を正確に管理することが困難であるため、高性能かつ高価な演算装置を必要としてコストが増加する恐れがある。   Further, according to the conventional technique described in Patent Document 2, the number of times of switching can be reduced depending on the order of transition of a plurality of selected output voltage vectors. However, since it is difficult to accurately manage the time ratio of each voltage vector using an inexpensive counter such as a microcomputer, a high-performance and expensive arithmetic device is required, which may increase the cost. is there.

これらの点に鑑み、出願人は、特許文献1に対しては、スイッチング回数を減少させて損失を低減し、また、特許文献2に対しては、安価なマイコン等のカウンタを使用して低コスト化を可能にした3レベルインバータの制御方法及び制御装置を既に出願している(特願2014−166375号)。   In view of these points, the applicant reduced the number of switching by reducing the number of switching for Patent Document 1, and reduced the number of patents by using a counter such as an inexpensive microcomputer. An application has already been filed for a control method and a control apparatus for a three-level inverter that enables cost reduction (Japanese Patent Application No. 2014-166375).

以下、この特願2014−166375号(先願という)に係る発明の概要を、図4〜図7に基づいて説明する。
図4は、先願に係る制御装置を示す機能ブロック図であり、マイクロコンピュータシステムのハードウェア及びソフトウェアによって構成されている。
The outline of the invention related to Japanese Patent Application No. 2014-166375 (referred to as the prior application) will be described below with reference to FIGS.
FIG. 4 is a functional block diagram showing a control device according to the prior application, and is configured by hardware and software of a microcomputer system.

図4において、最大・中間・最小電圧指令演算手段10には、例えば周波数指令等から演算された三相の出力電圧指令v ,v ,v (図5を参照)が入力されている。中間相選択手段20は、電圧指令v ,v ,v のうち大きさが中間値である電圧指令を中間電圧指令vmid として選択する。
また、最大・中間・最小電圧指令演算手段10は、図5に示すように電圧指令の1周期を区間1〜6とした場合、表1に従って電圧指令v ,v ,v を最大・中間・最小電圧指令vmax,vmid,vminに振り分ける。ここで、最大・中間・最小電圧は、直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧と同義である。

Figure 0006575865
In FIG. 4, for example, three-phase output voltage commands v u * , v v * , v w * (see FIG. 5) calculated from a frequency command or the like are input to the maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10. Has been. The intermediate phase selecting means 20 selects a voltage command having an intermediate value among the voltage commands v u * , v v * , v w * as the intermediate voltage command v mid * .
In addition, the maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10 has the voltage commands v u * , v v * , v w * according to Table 1 when one period of the voltage command is set to the intervals 1 to 6 as shown in FIG. Are assigned to the maximum, intermediate, and minimum voltage commands v max , v mid , and v min . Here, the maximum, intermediate, and minimum voltages are synonymous with DC high voltage, DC medium voltage, and DC low voltage.
Figure 0006575865

図5のように区間を設定すると、中間電圧指令vmidは、表1から明らかなようにv →v →v の順で繰り返すことになる。ここで、中間電圧指令が常に0となるように各電圧指令を補正すると、補正された電圧指令vmax ,vmid ,vmin は数式1のようになる。
図4の最大・中間・最小電圧指令演算手段10は、前述した最大・中間・最小電圧指令vmax,vmid,vminを数式1によりそれぞれ補正し、vmax ,vmid ,vmin として出力する。

Figure 0006575865
When the section is set as shown in FIG. 5, the intermediate voltage command v mid is repeated in the order of v v * → v u * → v w * as apparent from Table 1. Here, when each voltage command is corrected so that the intermediate voltage command is always 0, the corrected voltage commands v max * , v mid * , and v min * are expressed by Equation 1.
The maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10 in FIG. 4 corrects the above-described maximum / intermediate / minimum voltage commands v max , v mid , and v min according to Equation 1 respectively, and v max * , v mid * , and v min Output as * .
Figure 0006575865

図6は、数式1により補正した電圧指令vmax ,vmid ,vmin を、vu0,vv0,vw0として示したものである。
例えば区間1では、vmax としてvu0が出力され、vmid (=0)としてvv0が出力され、vmin としてvw0が出力される。数式1によりvmax =vmax−vmidであるから、vu0は、図5の区間1における最大電圧のv と中間電圧のv との差になる。また、数式1によりvmin =vmin−vmidであるから、vw0は、区間1における最小電圧のv と中間電圧のv との差になる。
区間2では、vmax としてvv0が出力され、vmid (=0)としてvu0が出力され、vmin としてvw0が出力される。以下同様に、区間3〜6についても、補正後の電圧指令vmax ,vmid ,vmin として、vu0,vv0,vw0の何れかがそれぞれ出力される。
FIG. 6 shows the voltage commands v max * , v mid * , and v min * corrected by Equation 1 as v u0 , v v0 , and v w0 .
For example, in section 1, v u0 is output as v max * , v v0 is output as v mid * (= 0), and v w0 is output as v min * . Since v max * = v max −v mid according to Equation 1, v u0 is the difference between the maximum voltage v u * and the intermediate voltage v v * in section 1 in FIG. Since v min * = v min −v mid according to Equation 1, v w0 is the difference between the minimum voltage v w * and the intermediate voltage v v * in section 1.
In section 2, v max * v v0 is output as, v mid * (= 0) v u0 is output as, v min * as v w0 is output. Similarly, for the sections 3 to 6, any one of v u0 , v v0 , and v w0 is output as the corrected voltage commands v max * , v mid * , and v min * , respectively.

なお、図6には、各相電圧指令vu0,vv0,vw0の他に零相電圧指令3wが示されている。しかし、線間電圧で考えると零相電圧指令3wは相殺されるので、各相の電圧指令から合成した線間電圧指令に従って制御すれば、出力電圧の制御に影響することはない。 FIG. 6 shows a zero-phase voltage command 3w in addition to the phase voltage commands v u0 , v v0 , and v w0 . However, since the zero-phase voltage command 3w is canceled when considering the line voltage, if the control is performed according to the line voltage command synthesized from the voltage command of each phase, the control of the output voltage is not affected.

図4に戻って、補正後の電圧指令vmax ,vmid ,vmin が入力されるオン時間比率演算手段30は、直流回路の正負の直流電圧E,−Eの大きさから、スイッチング素子が1スイッチング周期当たりでオンする時間比率λmax ,λmin を数式2により求める。

Figure 0006575865
但し、λmax ,λmin は0から1までの値である。 Returning to FIG. 4, the on-time ratio calculation means 30 to which the corrected voltage commands v max * , v mid * , v min * are inputted is the magnitude of the positive and negative DC voltages E d , −E d of the DC circuit. Thus, the time ratios λ max * and λ min * at which the switching element is turned on per switching cycle are obtained by Equation 2.
Figure 0006575865
However, λ max * and λ min * are values from 0 to 1.

ここで、各相のスイッチング素子の1スイッチング周期におけるオン時間比率について考える。
区間1では、U相電圧指令v が最大値であるため、図3のスイッチング素子Sのオン時間比率がλmax となる。また、スイッチング素子Sがオフしている間は0を出力するので、同Sのオン時間比率は、(1−λmax )となる。更に、同Sはオンしていても直流電源Bを短絡することはないので、還流モードとしてオンし、同Sは電圧(−E)を出力しないのでオフする。
よって、最大電圧指令に対する各スイッチング素子S〜Sのオン時間比率λmaxS1〜λmaxS4は、数式3となる。

Figure 0006575865
Here, the on-time ratio in one switching period of each phase switching element is considered.
In section 1, since the U-phase voltage command v u * is the maximum value, the on-time ratio of the switching element S 1 in FIG. 3 is λ max * . Furthermore, since during the outputs 0 to the switching element S 1 is turned off, the on time ratio of the S 3 becomes (1-λ max *). Further, since the S 2 is not shorting the DC power supply B 2 also be turned on, turned on as the reflux mode, the S 4 is turned off does not output the voltage (-E d).
Therefore, the ON time of each switching element S 1 to S 4 for the maximum voltage command ratio λ maxS1 ~λ maxS4 becomes Equation 3.
Figure 0006575865

次に、区間1において、中間電圧指令(V相電圧指令v )の各スイッチング素子S〜Sのオン時間比率λmidS1〜λmidS4は、数式4に示すように、同S,Sがオン、同S,Sはオフとなる。

Figure 0006575865
数式4から明らかように、中間電圧指令に応じた電圧を出力するために、スイッチング素子S〜Sはオン状態またはオフ状態で固定され、1スイッチング周期ではスイッチングを行わない。 Next, in section 1, the on-time ratios λ midS1 to λ midS4 of the switching elements S 1 to S 4 of the intermediate voltage command (V-phase voltage command v v * ) are expressed as S 2 , S 3 is turned on, and S 1 and S 4 are turned off.
Figure 0006575865
As can be seen from Equation 4, in order to output a voltage corresponding to the intermediate voltage command, the switching elements S 1 to S 4 are fixed in the on state or the off state, and switching is not performed in one switching cycle.

また、区間1ではW相電圧指令v が最小値であるため、図3のスイッチング素子Sのオン時間比率がλmin となる。この時、同Sは直流電源Bの電圧Eを出力しないため、オフする。同Sは、同Sがオフの時に0を出力するので、1−λmin となる。更に、同Sは、オンしていても直流電源Bを短絡することはないので、還流モードとしてオンする。
よって、最小電圧指令に対する各スイッチング素子S〜Sのオン時間比率は、数式5となる。

Figure 0006575865
In section 1, since the W-phase voltage command v w * is the minimum value, the on-time ratio of the switching element S 4 in FIG. 3 is λ min * . At this time, the S 1 because it does not output the voltage E d of DC power supply B 1, off. The S 2 is, the S 4 because outputs a 0 when the off, a 1-λ min *. Furthermore, the S 3, since never even been turned to short-circuit the DC power supply B 1, is turned on as a reflux mode.
Therefore, the on-time ratio of each of the switching elements S 1 to S 4 with respect to the minimum voltage command is expressed by Equation 5.
Figure 0006575865

図4のオン時間比率演算手段30は、オン時間比率λmax ,λmid ,λmin として、λmaxS1 ,λmidS2 ,λminS4 をそれぞれ出力する。
各相オン時間比率演算手段40は、区間1を例として求めた数式3,数式4,数式5のλmax ,λmid ,λmin (λmaxS1,λmidS2,λminS4)に対し、表1の逆変換を行ってU,V,W相の電圧指令のオン時間比率λ,λ,λに変換する。
ON time ratio calculating means 30 in FIG. 4, the on time ratio λ max *, λ mid *, as λ min *, λ maxS1 *, λ midS2 *, and outputs λ minS4 *, respectively.
Each phase-on-time ratio calculating means 40 calculates λ max * , λ mid * , λ min *maxS1 , λ midS2 , λ minS4 ) of Equation 3, Equation 4, and Equation 5 obtained by using the section 1 as an example. Inverse conversion of Table 1 is performed to convert the on-time ratios λ u , λ v , and λ w of the voltage commands for the U, V, and W phases.

キャリア比較手段としての三角波比較手段50は、オン時間比率λ,λ,λに基づく各相電圧指令vu0,vv0,vw0を三角波と比較し、三相各相のスイッチング素子のオン・オフ指令を求める。なお、図4において、三角波比較手段50から出力されるSu1〜Su4はU相のスイッチング素子(図3のS〜Sに相当)に対するオン・オフ指令であり、Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4は、図示されていないV相,W相の各4個のスイッチング素子に対するオン・オフ指令である。 The triangular wave comparison means 50 as the carrier comparison means compares each phase voltage command v u0 , v v0 , v w0 based on the on-time ratios λ u , λ v , λ w with a triangular wave, and the switching element of the three-phase each phase. Obtain an on / off command. Incidentally, in FIG. 4, S u1 to S u4 outputted from the triangular wave comparator 50 is on-off command for the switching elements of the U-phase (corresponding to S 1 to S 4 in FIG. 3), S v1 ~S v4 , S w1 to S w4 are on / off commands for four switching elements of V phase and W phase, not shown.

図7(a)は、区間1におけるキャリア及び各相電圧指令vu0,vv0,vw0を示し、図7(b),(c),(d)は、各相のスイッチング素子のオン・オフ指令Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4、すなわちオン・オフ状態をそれぞれ示している。以下の説明では、オン・オフ指令Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4を、スイッチング素子の参照符号としても用いることとする。 FIG. 7A shows the carriers and the phase voltage commands v u0 , v v0 , and v w0 in section 1, and FIGS. 7B, 7 </ b > C, and 7 </ b > D show the ON / OFF states of the switching elements of each phase. The off commands S u1 to S u4 , S v1 to S v4 , S w1 to S w4 , that is, the on / off states are shown. In the following description, the on / off commands S u1 to S u4 , S v1 to S v4 , and S w1 to S w4 are also used as reference numerals for the switching elements.

マイコン等のアップダウンカウンタにより、図7(a)に示すように0と1との間を移動する三角波のキャリアを作成する。このキャリアが0から増加して1で折り返し、0に戻るまでが1スイッチング周期となる。
また、マイコン等に内蔵されたコンパレータを用いて図4の三角波比較手段50を構成し、図7(a)に示すごとく、数式3〜数式5のオン時間比率に基づく各相電圧指令vu0,vv0,vw0とキャリアとを比較する。そして、一つのキャリアに対し、電圧指令が大きい場合は1(オン)、小さい場合は0(オフ)として、図7(b),(c),(d)のように各相のオン・オフ信号を作成する。
A triangular wave carrier moving between 0 and 1 is created by an up / down counter such as a microcomputer as shown in FIG. This carrier increases from 0, turns back at 1, and returns to 0 is one switching cycle.
Also, the triangular wave comparison means 50 of FIG. 4 is configured using a comparator built in a microcomputer or the like, and as shown in FIG. 7A, each phase voltage command v u0 , Compare v v0 and v w0 with the carrier. For one carrier, when the voltage command is large, it is 1 (on), and when it is small, it is 0 (off). As shown in FIGS. 7B, 7C, and 7D, each phase is turned on / off. Create a signal.

図7(b)において、区間1ではU相電圧指令vu0が最大値であるため、スイッチング素子Su1と同Su3との間でスイッチングが2回行われており(例えば、Su1がオン→オフ→オン)、同Su2,Su4はスイッチング(オン・オフ)を行っていない。
図7(c)において、区間1ではV相電圧指令vv0が中間値であり、スイッチング素子Sv2,Sv3がオン、同Sv1,Sv4はオフとなっている。なお、図7(c)では、特性線の重なりを避けるためにSv3,Sv4の特性線のみが示されているが、実際はSv3とSv2とが重なり、Sv4とSv1とが重なっている。このように、V相では全てのスイッチング素子Sv1〜Sv4がスイッチングしておらず、1スイッチング周期におけるスイッチング回数は0回である。
図7(d)において、区間1ではW相電圧指令vv0が最小値であるため、スイッチング素子Sw2と同Sw4との間でスイッチングが2回行われており、同Sw1,Sw3はスイッチングを行っていない。
In FIG. 7B, since the U-phase voltage command v u0 is the maximum value in the section 1, switching is performed twice between the switching elements S u1 and S u3 (for example, S u1 is turned on). → Off → On), and S u2 and S u4 are not switched (on / off).
In FIG. 7C, in the section 1, the V-phase voltage command v v0 is an intermediate value, the switching elements S v2 and S v3 are on, and the S v1 and S v4 are off. In FIG. 7C, only the characteristic lines of S v3 and S v4 are shown in order to avoid the overlapping of characteristic lines, but in reality, S v3 and S v2 overlap, and S v4 and S v1 are overlapping. Thus, in the V phase, all the switching elements S v1 to S v4 are not switched, and the number of times of switching in one switching cycle is zero.
In FIG. 7D, since the W-phase voltage command v v0 is the minimum value in the section 1, switching is performed twice between the switching elements S w2 and S w4 , and the same S w1 , S w3. Is not switching.

以上のように、先願発明によれば、1スイッチング周期当たり4回のスイッチングによって3レベルインバータを制御することができる。また、各相のオン時間比率λ,λ,λを決定するためのキャリアは一般的なマイコンを用いて簡単に生成可能であり、高性能かつ高価な演算装置を不要にしてコストの増加を回避することができる。 As described above, according to the prior invention, the three-level inverter can be controlled by switching four times per switching period. The carriers for determining the on-time ratios λ u , λ v , and λ w of each phase can be easily generated using a general microcomputer, eliminating the need for a high-performance and expensive arithmetic unit and reducing the cost. An increase can be avoided.

特開平2007−282484号公報(段落[0008]〜[0028]、図1〜図3等)JP 2007-282484 A (paragraphs [0008] to [0028], FIGS. 1 to 3 etc.) 特開2010−206931号公報(段落[0027]〜[0036]、図1〜図3等)JP 2010-206931 A (paragraphs [0027] to [0036], FIGS. 1 to 3 etc.)

前述した図3において、スイッチング素子Sをオン、同S〜Sをオフにして電圧Eを出力している状態から、同S,Sをオン、同S,Sをオフとして出力電圧を0の状態に切り替える場合には、同Sをオフして同Sをオンする必要がある。しかし、スイッチング素子S,Sのオン・オフのタイミングにばらつきがあると、これらが同時にオンしてしまうことがあり、スイッチング素子S,Sを介して直流電源Bが短絡する結果、同S,Sが過電流により破壊される恐れがある。 In FIG. 3 described above, from the state where the switching element S 1 is turned on, the S 2 to S 4 are turned off and the voltage Ed is output, the S 2 and S 3 are turned on, and the S 1 and S 4 are turned on. when switching the output voltage as an off state of 0, it is necessary to turn on the S 3 is turned off the same S 1. However, if there are variations in the timing of the on-off switching element S 1, S 3, they may inadvertently turned on simultaneously, as a result of DC power supply B 1 is short-circuited via a switching element S 1, S 3 , S 1 and S 3 may be destroyed by overcurrent.

同様に、スイッチング素子S,Sがオン、同S,Sがオフであって出力電圧が0の状態から、同Sをオン、同S〜Sをオフとして出力電圧を−Eに切り替える場合にも、同S,Sが同時にオンすると直流電源Bが短絡する。
従って、スイッチング素子S,S、または同S,Sがそれぞれ同時にオンしないように、オン動作時に遅延時間(オンディレイ時間)を設ける必要がある。
Similarly, when the switching elements S 2 and S 3 are on, the S 1 and S 4 are off, and the output voltage is 0, the output voltage is set by turning on the S 4 and turning off the S 1 to S 3. even when switching to -E d, the S 2, S 4 are short-circuited the DC power source B 2 and turned on at the same time.
Accordingly, it is necessary to provide a delay time (on-delay time) during the on-operation so that the switching elements S 1 , S 3 or S 2 , S 4 are not simultaneously turned on.

このようにオンディレイ時間を設ければ同時オンによる電源短絡は防止可能であるが、スイッチング素子のオン時間が変化することで出力電圧指令と実際の出力電圧との間に誤差が発生する。この出力電圧誤差により、インバータが電動機を駆動している場合には、トルクリプルや回転むら等が発生して制御性能の悪化を招き、損失が増大する。   Thus, if the on-delay time is provided, it is possible to prevent a power supply short-circuit due to simultaneous on-time, but an error occurs between the output voltage command and the actual output voltage by changing the on-time of the switching element. Due to this output voltage error, when the inverter drives the electric motor, torque ripple, rotation unevenness, etc. occur, leading to deterioration of control performance and increasing loss.

一般的な2レベルインバータでは、オンディレイ時間とスイッチング周期との比に基づく補正値を用いて電圧指令を補正することにより、出力電圧誤差を低減することができる。
しかしながら、中間電圧の制御が必要な3レベルインバータを対象とした先願発明においては、2レベルインバータにおける出力電圧誤差の低減技術を単純に適用することはできない。
In a general two-level inverter, the output voltage error can be reduced by correcting the voltage command using a correction value based on the ratio between the on-delay time and the switching period.
However, in the prior invention intended for a three-level inverter that requires control of an intermediate voltage, the output voltage error reduction technique in the two-level inverter cannot be simply applied.

そこで、本発明の解決課題は、オンディレイ時間に起因する出力電圧誤差を低減して制御性能を高めた3レベルインバータの制御方法及び制御装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a control method and a control apparatus for a three-level inverter that improves the control performance by reducing the output voltage error caused by the on-delay time.

上記課題を解決するため、請求項1に係る制御方法は、高電圧点,中電圧点及び低電圧点を有する直流回路と一相分の交流出力端子との間に接続された複数のスイッチング素子をオン・オフさせ、直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧からなる3つの電圧レベルを出力可能な3レベルインバータを三相分備え、三相の出力電圧指令に従って前記スイッチング素子を動作させることにより三相交流電圧を出力する3レベルインバータの制御方法であって、
前記スイッチング素子の1スイッチング周期当たり、
第一相分の3レベルインバータが、前記高電圧点に接続されたスイッチング素子と前記中電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流高電圧及び直流中電圧を出力し、第二相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子をオン状態で固定して直流中電圧を出力すると共に、第三相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子と前記低電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流中電圧及び直流低電圧を出力するように各スイッチング素子のオン時間比率を演算する制御方法において、
複数のスイッチング素子の同時オンによる電源短絡防止用に設定されたオンディレイ時間とスイッチング周期との比と、負荷電流の極性とを用いて、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオンディレイ補正値をそれぞれ演算し、前記オンディレイ補正値により、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率をそれぞれ補正するものである。
In order to solve the above-described problem, a control method according to claim 1 includes a plurality of switching elements connected between a DC circuit having a high voltage point, a medium voltage point, and a low voltage point and an AC output terminal for one phase. 3 phase inverters that can output three voltage levels consisting of DC high voltage, DC medium voltage, and DC low voltage are provided for three phases, and the switching element is operated according to the three-phase output voltage command. Is a control method of a three-level inverter that outputs a three-phase AC voltage,
Per switching period of the switching element,
A three-level inverter for the first phase turns on and off the switching element connected to the high voltage point and the switching element connected to the medium voltage point to output a DC high voltage and a DC medium voltage, A three-level inverter for two phases fixes a switching element connected to the medium voltage point in an ON state and outputs a DC medium voltage, and a three-level inverter for a third phase connects to the medium voltage point In a control method for calculating an on-time ratio of each switching element so as to output a DC intermediate voltage and a DC low voltage by turning on and off the switching element connected to the low voltage point and outputting a DC medium voltage and a DC low voltage,
A three-level inverter for the first phase and the third phase using the ratio of the on-delay time and switching period set for preventing power supply short-circuiting by simultaneously turning on a plurality of switching elements and the polarity of the load current On-delay correction values for the switching elements are calculated, and the on-time ratios for the switching elements of the three-level inverters for the first phase and the third phase are respectively corrected by the on-delay correction values.

請求項2に係る制御装置は、高電圧点,中電圧点及び低電圧点を有する直流回路と一相分の交流出力端子との間に接続された複数のスイッチング素子をオン・オフさせ、直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧からなる3つの電圧レベルを出力可能な3レベルインバータを三相分備え、三相の出力電圧指令に従って前記スイッチング素子を動作させることにより三相交流電圧を出力する3レベルインバータの制御装置であって、
前記スイッチング素子の1スイッチング周期当たり、
第一相分の3レベルインバータが、前記高電圧点に接続されたスイッチング素子と前記中電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流高電圧及び直流中電圧を出力し、第二相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子をオン状態で固定して直流中電圧を出力すると共に、第三相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子と前記低電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流中電圧及び直流低電圧を出力するように各スイッチング素子のオン時間比率を演算する制御装置において、
所定区間の三相の出力電圧指令から振幅が中間値である電圧指令を選択する中間相選択手段と、
三相の出力電圧指令を振幅に応じて最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令に振り分けて前記中間電圧指令が常に0となるように前記最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令をそれぞれ補正して出力する最大・中間・最小電圧指令演算手段と、
前記直流高電圧及び直流低電圧を用いて、前記補正後の前記最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令に応じた電圧を出力させるために三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率を演算するオン時間比率演算手段と、
複数のスイッチング素子の同時オンによる電源短絡防止用に設定されたオンディレイ時間とスイッチング周期との比と、負荷電流の極性とを用いて、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオンディレイ補正値をそれぞれ演算する補正値演算手段と、
前記オン時間比率演算手段から出力されるオン時間比率のうち、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率を前記オンディレイ補正値によりそれぞれ補正するオンディレイ補正手段と、を備えたものである。
The control device according to claim 2 turns on and off a plurality of switching elements connected between a DC circuit having a high voltage point, a medium voltage point, and a low voltage point and an AC output terminal for one phase. A three-phase inverter that can output three voltage levels consisting of a high voltage, a medium DC voltage, and a low DC voltage is provided for three phases, and a three-phase AC voltage is output by operating the switching element according to a three-phase output voltage command. A three-level inverter control device,
Per switching period of the switching element,
A three-level inverter for the first phase turns on and off the switching element connected to the high voltage point and the switching element connected to the medium voltage point to output a DC high voltage and a DC medium voltage, A three-level inverter for two phases fixes a switching element connected to the medium voltage point in an ON state and outputs a DC medium voltage, and a three-level inverter for a third phase connects to the medium voltage point In a control device for calculating the on-time ratio of each switching element so as to output a DC medium voltage and a DC low voltage by turning on and off the switching element connected to the low voltage point and outputting a DC medium voltage and a DC low voltage,
Intermediate phase selection means for selecting a voltage command having an intermediate amplitude from the three-phase output voltage commands in a predetermined section;
The three-phase output voltage command is divided into the maximum voltage command, intermediate voltage command, and minimum voltage command according to the amplitude, and the maximum voltage command, intermediate voltage command, and minimum voltage command are set so that the intermediate voltage command is always zero. Maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means to correct and output,
On-time with respect to the switching element of the three-level inverter for three phases to output the voltage according to the corrected maximum voltage command / intermediate voltage command / minimum voltage command using the DC high voltage and DC low voltage An on-time ratio calculating means for calculating a ratio;
A three-level inverter for the first phase and the third phase using the ratio of the on-delay time and switching period set for preventing power supply short-circuiting by simultaneously turning on a plurality of switching elements and the polarity of the load current Correction value calculation means for calculating an on-delay correction value for each of the switching elements,
On-delay correction for correcting the on-time ratios for the switching elements of the three-level inverters for the first phase and the third phase among the on-time ratios output from the on-time ratio calculation means, respectively, by the on-delay correction value Means.

本発明によれば、オンディレイ時間に起因する出力電圧誤差を補正することにより、電動機を駆動する場合にトルクリプルや回転むら等の発生を防止して高い制御性能を発揮することができる。また、先願発明と同様に、スイッチング回数を減少させて損失を低減させ、高効率化を図ることも可能である。   According to the present invention, by correcting the output voltage error due to the on-delay time, it is possible to exhibit high control performance by preventing the occurrence of torque ripple or rotation unevenness when driving the electric motor. Further, similarly to the prior invention, it is possible to reduce the number of times of switching to reduce the loss and to improve the efficiency.

本発明の実施形態に係る3レベルインバータの制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus of the 3 level inverter which concerns on embodiment of this invention. 3レベルインバータの一相分を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one phase part of a 3 level inverter. 他の構成の3レベルインバータの一相分を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one phase part of the 3 level inverter of another structure. 先願に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device concerning a prior application. 先願発明における三相の出力電圧指令v ,v ,v の波形図である。It is a waveform diagram of three-phase output voltage commands v u * , v v * , v w * in the prior invention. 先願発明における補正後の電圧指令vmax ,vmid ,vmin (vu0,vv0,vw0)の波形図である。It is a waveform diagram of corrected voltage commands v max * , v mid * , v min * (v u0 , v v0 , v w0 ) in the prior application invention. 先願発明において、区間1のキャリア及び各相電圧指令(図7(a))、並びに、各相のスイッチング素子のオン・オフ状態(図7(b)〜(d))の説明図である。In the prior application invention, it is explanatory drawing of the carrier of each section, each phase voltage command (Fig.7 (a)), and the ON / OFF state (FIGS.7 (b)-(d)) of the switching element of each phase. .

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る制御装置のブロック図であり、ここでは、図3の3レベルインバータを制御する場合を例に挙げて説明する。図1において、図4に示した各手段と同じ機能を有するものには同一の参照符号を付してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a control device according to this embodiment. Here, a case where the three-level inverter of FIG. 3 is controlled will be described as an example. 1, components having the same functions as those shown in FIG. 4 are given the same reference numerals.

図1において、最大・中間・最小電圧指令演算手段10には三相の出力電圧指令v ,v ,v (図5を参照)が入力され、中間相選択手段20は、電圧指令v ,v ,v のうち大きさが中間値である電圧指令を中間電圧指令vmid として選択する。
最大・中間・最小電圧指令演算手段10は、図5に示すように電圧指令の1周期を区間1〜6とした場合、前述の表1に従って、電圧指令v ,v ,v を最大・中間・最小電圧指令vmax,vmid,vminに振り分ける。ここで、最大・中間・最小電圧は、請求項における直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧と同義である。
In FIG. 1, three-phase output voltage commands v u * , v v * , v w * (see FIG. 5) are input to the maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10, and the intermediate phase selection means 20 Among the voltage commands v u * , v v * , and v w * , a voltage command having an intermediate value is selected as the intermediate voltage command v mid * .
As shown in FIG. 5, the maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10 determines that the voltage command v u * , v v * , v w * Is assigned to the maximum, intermediate, and minimum voltage commands v max , v mid , and v min . Here, the maximum, intermediate, and minimum voltages are synonymous with the DC high voltage, DC medium voltage, and DC low voltage in the claims.

中間相選択手段20により電圧指令v ,v ,v の中から選択された中間電圧指令vmid は、最大・中間・最小電圧指令演算手段10と最大・中間・最小相電流分類手段60とに入力されている。
最大・中間・最小電圧指令演算手段10では、中間電圧指令vmid が常に0となるように前述の数式1により各電圧指令vmax,vmid,vminを補正し、補正後の電圧指令vmax ,vmid ,vmin を出力する。オン時間比率演算手段30は、スイッチング素子が1スイッチング周期当たりでオンする時間比率λmax ,λmin を数式2により求め、更に、数式3〜数式5の演算を行うことにより、オン時間比率λmax ,λmid ,λmin としてλmaxS1 ,λmidS2 ,λminS4 をそれぞれ出力する。
The intermediate voltage command v mid * selected from the voltage commands v u * , v v * , and v w * by the intermediate phase selection means 20 is the maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10 and the maximum / intermediate / minimum phase. This is input to the current classification means 60.
The maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 10 corrects each voltage command v max , v mid , v min according to the above-described equation 1 so that the intermediate voltage command v mid * is always 0, and the corrected voltage command Outputs v max * , v mid * , and v min * . The on-time ratio calculating means 30 obtains the time ratios λ max * and λ min * at which the switching element is turned on per switching cycle by the equation 2, and further calculates the on-time ratio by calculating the equations 3 to 5. λ max *, λ mid *, λ min * as λ maxS1 *, λ midS2 *, the output λ minS4 *, respectively.

一方、最大・中間・最小相電流分類手段60は、各相の電流検出値i,i,iを、中間電圧指令vmid に基づいて、最大電圧相の電流imaxと最小電圧相の電流iminとに分類する。
すなわち、前述の表1によれば、図5に示した各区間における中間電圧指令vmid に応じて、最大電圧指令及び最小電圧指令となる相がそれぞれ特定される。例えば、表1や図5の区間1では、中間電圧指令vmid がV相であり、最大電圧指令vmax はU相、最小電圧指令vmin はW相であるから、最大電圧相の電流imaxとしてU相の電流検出値iが選択され、最小電圧相の電流iminとしてW相の電流検出値iが選択される。
On the other hand, the maximum / intermediate / minimum phase current classifying means 60 uses the detected current values i u , i v , i w of each phase based on the intermediate voltage command v mid * and the maximum voltage phase current i max and the minimum voltage. The current is classified into the phase current i min .
That is, according to Table 1 described above, the phases that become the maximum voltage command and the minimum voltage command are specified in accordance with the intermediate voltage command v mid * in each section shown in FIG. For example, in section 1 of Table 1 and FIG. 5, the intermediate voltage command v mid * is the V phase, the maximum voltage command v max * is the U phase, and the minimum voltage command v min * is the W phase. The current detection value i u of the U phase is selected as the current i max of the current phase, and the current detection value i w of the W phase is selected as the current i min of the minimum voltage phase.

このように、各相の電流検出値i,i,iを電圧指令の最大、中間、最小に従って分類することで電流imax,iminを決定するのは、負荷によって電圧と電流との位相は一定ではなく負荷力率に依存するので、電流検出値の最大、中間、最小ではなく、あくまでも電圧指令の大小関係に着目した電流imax,iminに基づいて後述の補正値imaxcomp,imincompを求めるためである。 As described above, the current i max , i min is determined by classifying the current detection values i u , i v , i w of each phase according to the maximum, middle, and minimum of the voltage command. Is not constant but depends on the load power factor, and is not the maximum, middle, or minimum of the current detection value, but a correction value i maxcomp, which will be described later, based on currents i max and i min focusing on the magnitude relation of the voltage command. , I mincomp .

最大・中間・最小相電流分類手段60により決定された電流(負荷電流)imax,iminは、補正値演算手段70に入力されている。この補正値演算手段70では、電流imax,iminと、タイマにより設定されたオンディレイ時間Tと、スイッチング周期Tとを用いて、数式6により、オン時間比率の補正値λmaxcmp,λmincmpを演算する。
数式6において、sign(imax),sign(imin)はそれぞれimax,iminの極性を示しており、極性が正であれば「1」、負であれば「−1」となる。従って、補正値λmaxcmp,λmincmpは、負荷電流の極性に応じてT/Tまたは(−T/T)の値をとる。

Figure 0006575865
The currents (load currents) i max and i min determined by the maximum / intermediate / minimum phase current classifying means 60 are input to the correction value calculating means 70. In this correction value calculation means 70, using the current i max , i min , the on delay time T d set by the timer, and the switching period T s , the correction value λ maxcmp , λ mincmp is calculated.
In Expression 6, sign (i max ) and sign (i min ) indicate the polarities of i max and i min , respectively, and are “1” if the polarity is positive and “−1” if the polarity is negative. Accordingly, the correction values λ maxcmp and λ mincmp take a value of T d / T s or (−T d / T s ) depending on the polarity of the load current.
Figure 0006575865

ここで、補正値λmaxcmpは、最大電圧指令(例えば、図5の区間1では、U相電圧指令v )のオン時間比率λmaxS1 に対する補正値であり、補正値λmincmpは、最小電圧指令(図5の区間1では、W相電圧指令v )のオン時間比率λminS4 に対する補正値である。
このように最大電圧指令のオン時間比率λmaxS1 及び最小電圧指令のオン時間比率λminS4 を補正の対象とし、中間電圧指令(図5の区間1では、V相電圧指令v )のオン時間比率λmidS2 に対して補正を行わないのは、中間電圧相に対応する一相分の3レベルインバータはもともとスイッチングを行わないので、補正の必要がないためである。
Here, the correction value λ maxcmp is a correction value for the on-time ratio λ maxS1 * of the maximum voltage command (for example, the U-phase voltage command v u * in section 1 in FIG. 5), and the correction value λ mincmp is the minimum This is a correction value for the on-time ratio λ minS4 * of the voltage command (in section 1 in FIG. 5, the W-phase voltage command v w * ).
Thus the maximum voltage command of the on-time ratio λ maxS1 * and the minimum voltage command of the on-time ratio λ minS4 * subject to the correction, the intermediate voltage command (in the interval 1 in FIG. 5, V-phase voltage command v v *) The reason why the on-time ratio λ midS2 * is not corrected is that the three-level inverter for one phase corresponding to the intermediate voltage phase does not originally perform switching, so that correction is not necessary.

オンディレイ補正手段80は、補正値λmaxcmpを用いて最大電圧指令のオン時間比率λmaxS1 を補正することによりオン時間比率λmaxS1 **を得ると共に、補正値λmincmpを用いて最小電圧指令のオン時間比率λminS4 を補正することによりオン時間比率λminS4 **を得る。なお、中間電圧指令のオン時間比率λmidS2 は、そのままλmidS2 **として出力する。 ON-delay correction unit 80, as well as obtaining a correction value lambda Maxcmp ON time ratio λ maxS1 ** by correcting the on-time of the maximum voltage command ratio λ maxS1 * using a minimum voltage command using the correction value lambda Mincmp obtain oN time ratio λ minS4 ** by correcting the on-time ratio λ minS4 *. The on-time ratio λ midS2 * of the intermediate voltage command is output as it is as λ midS2 ** .

各相オン時間比率演算手段40は、オン時間比率λmaxS1 **,λmidS2 **,λminS4 **に対し、表1の逆変換を行ってU,V,W相の電圧指令のオン時間比率λ,λ,λに変換する。
三角波比較手段55は、オン時間比率λ,λ,λに基づく各相電圧指令vu0,vv0,vw0を三角波と比較し、三相各相のスイッチング素子のオン・オフ指令Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4を求める。
Each phase on-time ratio calculating means 40 performs reverse conversion of Table 1 on the on-time ratios λ maxS1 ** , λ midS2 ** , λ minS4 ** , and the on-time of the voltage command for the U, V, and W phases. The ratios are converted into λ u , λ v , and λ w .
The triangular wave comparison means 55 compares each phase voltage command v u0 , v v0 , v w0 based on the on-time ratios λ u , λ v , λ w with a triangular wave, and turns on / off command S for the switching element of each of the three phases. seek u1 ~S u4, S v1 ~S v4 , S w1 ~S w4.

ここで、オン時間比率λ,λ,λは、最大相及び最小相について、電流の極性に応じてオンディレイ時間Tに起因する出力電圧誤差を補正した値であるため、最終的なオン・オフ指令Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4を用いて各スイッチング素子を駆動すれば、電圧指令に対して誤差のない三相交流電圧をインバータから出力させることができる。
なお、図1におけるオンディレイ補正手段80、各相オン時間比率演算手段40、三角波比較手段55による一連の動作は、オンディレイ補正前のオン時間比率λmaxS1 ,λmidS2 ,λminS4 による各相のスイッチング素子のオン・オフ指令と、オンディレイ補正後のオン時間比率λmaxS1 ,λmidS2 ,λminS4 による各相のスイッチング素子のオン・オフ指令との論理積を求めて最終的なオン・オフ指令を演算する動作に相当する。
Here, the on-time ratios λ u , λ v , and λ w are values obtained by correcting the output voltage error caused by the on-delay time T d according to the polarity of the current for the maximum phase and the minimum phase. If each switching element is driven using the ON / OFF commands S u1 to S u4 , S v1 to S v4 , and S w1 to S w4 , a three-phase AC voltage having no error with respect to the voltage command is output from the inverter. be able to.
The series of operations by the on-delay correction unit 80, each phase on-time ratio calculation unit 40, and the triangular wave comparison unit 55 in FIG. 1 is based on the on-time ratios λ maxS1 * , λ midS2 * , and λ minS4 * before the on-delay correction. The logical product of the ON / OFF command of the switching element of each phase and the ON / OFF command of the switching element of each phase by the ON time ratios λ maxS1 * , λ midS2 * , λ minS4 * after the on-delay correction is obtained This corresponds to an operation for calculating a typical on / off command.

10:最大・中間・最小電圧指令演算手段
20:中間相選択手段
30:オン時間比率演算手段
40:各相オン時間比率演算手段
55:三角波比較手段
60:最大・中間・最小相電流分類手段
70:補正値演算手段
80:オンディレイ補正手段
,B:直流電源
〜S:スイッチング素子
,D:ダイオード
10: Maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means 20: Intermediate phase selection means 30: On time ratio calculation means 40: Each phase on time ratio calculation means 55: Triangular wave comparison means 60: Maximum / intermediate / minimum phase current classification means 70 : Correction value calculation means 80: On-delay correction means B 1 and B 2 : DC power supplies S 1 to S 4 : Switching elements D 1 and D 2 : Diodes

Claims (2)

高電圧点,中電圧点及び低電圧点を有する直流回路と一相分の交流出力端子との間に接続された複数のスイッチング素子をオン・オフさせ、直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧からなる3つの電圧レベルを出力可能な3レベルインバータを三相分備え、三相の出力電圧指令に従って前記スイッチング素子を動作させることにより三相交流電圧を出力する3レベルインバータの制御方法であって、
前記スイッチング素子の1スイッチング周期当たり、
第一相分の3レベルインバータが、前記高電圧点に接続されたスイッチング素子と前記中電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流高電圧及び直流中電圧を出力し、第二相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子をオン状態で固定して直流中電圧を出力すると共に、第三相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子と前記低電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流中電圧及び直流低電圧を出力するように各スイッチング素子のオン時間比率を演算する制御方法において、
複数のスイッチング素子の同時オンによる電源短絡防止用に設定されたオンディレイ時間とスイッチング周期との比と、負荷電流の極性とを用いて、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオンディレイ補正値をそれぞれ演算し、前記オンディレイ補正値により、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率をそれぞれ補正することを特徴とした3レベルインバータの制御方法。
Turns on and off multiple switching elements connected between a DC circuit having a high voltage point, a medium voltage point, and a low voltage point, and an AC output terminal for one phase, thereby generating a DC high voltage, a DC medium voltage, and a DC low voltage. This is a control method for a three-level inverter that includes three-level inverters capable of outputting three voltage levels consisting of voltages for three phases and outputs a three-phase AC voltage by operating the switching element in accordance with a three-phase output voltage command. And
Per switching period of the switching element,
A three-level inverter for the first phase turns on and off the switching element connected to the high voltage point and the switching element connected to the medium voltage point to output a DC high voltage and a DC medium voltage, A three-level inverter for two phases fixes a switching element connected to the medium voltage point in an ON state and outputs a DC medium voltage, and a three-level inverter for a third phase connects to the medium voltage point In a control method for calculating an on-time ratio of each switching element so as to output a DC intermediate voltage and a DC low voltage by turning on and off the switching element connected to the low voltage point and outputting a DC medium voltage and a DC low voltage,
A three-level inverter for the first phase and the third phase using the ratio of the on-delay time and switching period set for preventing power supply short-circuiting by simultaneously turning on a plurality of switching elements and the polarity of the load current The on-delay correction value for each of the switching elements is calculated, and the on-time ratio for the switching elements of the three-level inverters for the first phase and the third phase is respectively corrected by the on-delay correction value. 3-level inverter control method.
高電圧点,中電圧点及び低電圧点を有する直流回路と一相分の交流出力端子との間に接続された複数のスイッチング素子をオン・オフさせ、直流高電圧,直流中電圧,直流低電圧からなる3つの電圧レベルを出力可能な3レベルインバータを三相分備え、三相の出力電圧指令に従って前記スイッチング素子を動作させることにより三相交流電圧を出力する3レベルインバータの制御装置であって、
前記スイッチング素子の1スイッチング周期当たり、
第一相分の3レベルインバータが、前記高電圧点に接続されたスイッチング素子と前記中電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流高電圧及び直流中電圧を出力し、第二相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子をオン状態で固定して直流中電圧を出力すると共に、第三相分の3レベルインバータが、前記中電圧点に接続されたスイッチング素子と前記低電圧点に接続されたスイッチング素子とをオン・オフさせて直流中電圧及び直流低電圧を出力するように各スイッチング素子のオン時間比率を演算する制御装置において、
所定区間の三相の出力電圧指令から振幅が中間値である電圧指令を選択する中間相選択手段と、
三相の出力電圧指令を振幅に応じて最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令に振り分けて前記中間電圧指令が常に0となるように前記最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令をそれぞれ補正して出力する最大・中間・最小電圧指令演算手段と、
前記直流高電圧及び直流低電圧を用いて、前記補正後の前記最大電圧指令・中間電圧指令・最小電圧指令に応じた電圧を出力させるために三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率を演算するオン時間比率演算手段と、
複数のスイッチング素子の同時オンによる電源短絡防止用に設定されたオンディレイ時間とスイッチング周期との比と、負荷電流の極性とを用いて、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオンディレイ補正値をそれぞれ演算する補正値演算手段と、
前記オン時間比率演算手段から出力されるオン時間比率のうち、前記第一相分及び第三相分の3レベルインバータのスイッチング素子に対するオン時間比率を前記オンディレイ補正値によりそれぞれ補正するオンディレイ補正手段と、
を備えたことを特徴とする3レベルインバータの制御装置。
Turns on and off multiple switching elements connected between a DC circuit having a high voltage point, a medium voltage point, and a low voltage point, and an AC output terminal for one phase, thereby generating a DC high voltage, a DC medium voltage, and a DC low voltage. A control device for a three-level inverter that includes three-phase inverters capable of outputting three voltage levels consisting of voltages for three phases, and outputs the three-phase AC voltage by operating the switching element in accordance with a three-phase output voltage command. And
Per switching period of the switching element,
A three-level inverter for the first phase turns on and off the switching element connected to the high voltage point and the switching element connected to the medium voltage point to output a DC high voltage and a DC medium voltage, A three-level inverter for two phases fixes a switching element connected to the medium voltage point in an ON state and outputs a DC medium voltage, and a three-level inverter for a third phase connects to the medium voltage point In a control device for calculating the on-time ratio of each switching element so as to output a DC medium voltage and a DC low voltage by turning on and off the switching element connected to the low voltage point and outputting a DC medium voltage and a DC low voltage,
Intermediate phase selection means for selecting a voltage command having an intermediate amplitude from the three-phase output voltage commands in a predetermined section;
The three-phase output voltage command is divided into the maximum voltage command, intermediate voltage command, and minimum voltage command according to the amplitude, and the maximum voltage command, intermediate voltage command, and minimum voltage command are set so that the intermediate voltage command is always zero. Maximum / intermediate / minimum voltage command calculation means to correct and output,
On-time with respect to the switching element of the three-level inverter for three phases to output the voltage according to the corrected maximum voltage command / intermediate voltage command / minimum voltage command using the DC high voltage and DC low voltage An on-time ratio calculating means for calculating a ratio;
A three-level inverter for the first phase and the third phase using the ratio of the on-delay time and switching period set for preventing power supply short-circuiting by simultaneously turning on a plurality of switching elements and the polarity of the load current Correction value calculation means for calculating an on-delay correction value for each of the switching elements,
On-delay correction for correcting the on-time ratios for the switching elements of the three-level inverters for the first phase and the third phase among the on-time ratios output from the on-time ratio calculation means, respectively, by the on-delay correction value Means,
A control device for a three-level inverter.
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