JP6729249B2 - Power converter controller - Google Patents

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本発明は、電力変換器の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a power converter.

特許文献1には、電動機を駆動する電動機駆動装置が記載されている。例えば電動機駆動装置はコンバータとインバータとコンデンサとを備えている。コンバータは交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を一対の直流母線の間に出力する。コンデンサは一対の直流母線の間に接続されている。インバータは、一対の直流母線の間の直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を電動機へと出力する。 Patent Document 1 describes an electric motor drive device that drives an electric motor. For example, the electric motor drive device includes a converter, an inverter, and a capacitor. The converter converts an AC voltage into a DC voltage, and outputs this DC voltage between a pair of DC buses. The capacitor is connected between the pair of DC buses. The inverter converts a DC voltage between the pair of DC buses into an AC voltage and outputs the AC voltage to the electric motor.

直流リンク部にLCフィルタを持つインバータ装置においては負荷変動、出力周波数変動に対して、LCフィルタの共振周波数で直流電圧が脈動する場合がある。つまり、直流電圧は脈動成分を含む。特許文献1では、この直流電圧の脈動成分の振幅を、制御によって低減している。 In an inverter device having an LC filter in the DC link section, the DC voltage may pulsate at the resonance frequency of the LC filter with respect to load fluctuations and output frequency fluctuations. That is, the DC voltage includes a pulsating component. In Patent Document 1, the amplitude of the ripple component of the DC voltage is reduced by control.

特許第4067021号公報Japanese Patent No. 4067021

しかしながら特許文献1に記載の技術では、インバータが出力する交流電圧の振幅は、直流電圧の脈動成分に応じて脈動する。この場合、交流電圧の振幅をその上限値に維持することは難しい。よって、交流電圧の振幅の平均値は上限値よりも小さくなる。このような交流電圧の振幅の平均値の低減は望ましくない。 However, in the technique described in Patent Document 1, the amplitude of the AC voltage output by the inverter pulsates according to the pulsating component of the DC voltage. In this case, it is difficult to maintain the amplitude of the AC voltage at its upper limit value. Therefore, the average value of the amplitude of the AC voltage becomes smaller than the upper limit value. Such reduction of the average value of the amplitude of the AC voltage is not desirable.

ここで電圧利用率を導入する。電圧利用率は、インバータが出力する交流電圧の振幅の平均値の、直流電圧に対する比である。つまり、電圧利用率は、インバータに入力される直流電圧に対して、平均的に、どの程度の割合で交流電圧を出力するかを示す指標である。交流電圧の振幅の平均値の上限値は高いことが望ましいので、電圧利用率の上限値も高いことが望ましい。 The voltage utilization factor is introduced here. The voltage utilization rate is the ratio of the average value of the amplitude of the AC voltage output by the inverter to the DC voltage. In other words, the voltage utilization rate is an index indicating how much the AC voltage is output on average with respect to the DC voltage input to the inverter. Since it is desirable that the upper limit of the average value of the amplitude of the AC voltage is high, it is also desirable that the upper limit of the voltage utilization rate is also high.

そこで本願は、電圧利用率の上限値の低減を抑制しつつ、直流電圧の脈動成分の振幅を抑制できる電動機駆動装置を提供することを目的とする。 Then, this application aims at providing the motor drive device which can suppress the amplitude of the pulsating component of DC voltage, suppressing suppressing the upper limit of a voltage utilization factor.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第1の態様は、脈動成分(Vdch)を含む直流電圧(Vdc)が入力され、前記直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を負荷(M1)に出力して、前記負荷に交流電流を流す電力変換器(2)を制御する装置であって、前記脈動成分を検出する脈動成分検出部(4)と、前記電力変換器を制御して、前記交流電圧と前記交流電流との位相差の余弦値である負荷力率を、前記脈動成分の瞬時値の増大に応じて増大させる制御回路(3)とを備える。 1st aspect of the control apparatus of the power converter concerning this invention inputs the direct-current voltage (Vdc) containing a pulsation component (Vdch), converts the said direct-current voltage into alternating voltage, and loads the said alternating voltage into load (M1. ), a device for controlling a power converter (2) that flows an alternating current to the load, a pulsating component detection unit (4) for detecting the pulsating component, and controlling the power converter. A control circuit (3) for increasing the load power factor, which is the cosine value of the phase difference between the AC voltage and the AC current, in accordance with the increase in the instantaneous value of the pulsating component.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第2の態様は、第1の態様にかかる電力変換器の制御装置であって、前記交流電流を検出する電流検出部(5)を備え、前記制御回路(3)は、前記負荷力率が前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて増大するように、前記交流電圧の電圧位相(θv)についての第1電圧位相指令(θv**)を、前記交流電流の電流位相(θi)および前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値に基づいて補正して、第2電圧位相指令(θv*)を生成し、前記電力変換器(2)を制御するための制御信号(S)を、前記第2電圧位相指令に基づいて生成する。 A second aspect of the control device for the power converter according to the present invention is the control device for the power converter according to the first aspect, comprising a current detection unit (5) for detecting the alternating current, The circuit (3) has a first voltage phase command (θv*) for the voltage phase (θv) of the AC voltage so that the load power factor increases in accordance with the increase of the instantaneous value of the pulsating component (Vdch). *) is corrected based on the current value (θi) of the alternating current and the instantaneous value of the pulsating component (Vdch) to generate a second voltage phase command (θv*), and the power converter (2 ) Is generated based on the second voltage phase command.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第3の態様は、第2の態様にかかる電力変換器の制御装置であって、前記制御回路(3)は、前記第1電圧位相指令(θv**)と前記電流位相(θi)とに基づいて、前記負荷力率についての第1力率指令(PF**)を算出し、前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて前記第1力率指令を増大させる補正を行って、第2力率指令(PF*)を算出し、前記第2力率指令と前記電流位相とに基づいて前記第2電圧位相指令(θv*)を算出する。 A third aspect of the control device for a power converter according to the present invention is the control device for a power converter according to the second aspect, wherein the control circuit (3) includes the first voltage phase command (θv* *) and the current phase (θi), the first power factor command (PF**) for the load power factor is calculated, and according to the increase of the instantaneous value of the pulsating component (Vdch), The second power factor command (PF*) is calculated by performing correction to increase the first power factor command, and the second voltage phase command (θv*) is calculated based on the second power factor command and the current phase. To calculate.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第4の態様は、第3の態様にかかる電力変換器の制御装置であって、前記制御回路(3)は、前記第2力率指令(PF*)が1を超える場合には、前記第2力率指令を1に設定し、および/または、前記第2力率指令が−1を下回る場合には、前記第2力率指令を−1に設定する。 A fourth aspect of the control device for the power converter according to the present invention is the control device for the power converter according to the third aspect, wherein the control circuit (3) includes the second power factor command (PF* ) Is greater than 1, the second power factor command is set to 1, and/or the second power factor command is less than -1, the second power factor command is set to -1. Set.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第5の態様は、第1から第4のいずれか一つの態様にかかる電力変換器の制御装置であって、前記制御回路(3)は、前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて増大する補正値(H)で前記負荷力率を変動させ、前記直流電圧(Vdc)に対する前記交流電圧の振幅(Vm)の比または前記交流電流の振幅が小さいほど、前記補正値の絶対値が大きくなるように、前記補正値を算出する。 A fifth aspect of the control device of the power converter according to the present invention is the control device of the power converter according to any one of the first to fourth aspects, wherein the control circuit (3) includes the pulsation. The load power factor is changed with a correction value (H) that increases in accordance with an increase in the instantaneous value of the component (Vdch), and the ratio of the amplitude (Vm) of the AC voltage to the DC voltage (Vdc) or the AC current. The correction value is calculated so that the absolute value of the correction value becomes larger as the amplitude of is smaller.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第6の態様は、第1から第5のいずれか一つの態様にかかる電力変換器の制御装置であって、相互間に前記直流電圧(Vdc)が印加される第1直流母線(LH)および第2直流母線(LL)が、前記電力変換器(2)に接続され、前記第1直流母線と前記第2直流母線との間には、コンデンサ(C1)が接続され、前記コンデンサに対して前記電力変換器(2)とは反対側で、前記第1直流母線または前記第2直流母線の上には、リアクトル(L1)が設けられており、前記脈動成分検出部(4)は、前記コンデンサ側の前記リアクトルの一端の電位を基準電位とした前記リアクトルの電圧(VL)を、前記脈動成分(Vdch)の逆相として検出し、または、前記リアクトルの他端の電位を基準電位とした前記リアクトルの電圧を、前記脈動成分として検出する。 A sixth aspect of the control device for a power converter according to the present invention is the control device for a power converter according to any one of the first to fifth aspects, in which the direct-current voltage (Vdc) is present between them. A first DC busbar (LH) and a second DC busbar (LL) to be applied are connected to the power converter (2), and a capacitor (between the first DC busbar and the second DC busbar) is connected between the first DC busbar and the second DC busbar. C1) is connected, and on the side opposite to the power converter (2) with respect to the capacitor, a reactor (L1) is provided on the first DC bus or the second DC bus, The pulsating component detection unit (4), the voltage of the reactor with the potential of one end of the reactor on the side of the capacitor as a reference potential (VL), as a reverse phase of the pulsating component (Vdch), or, The voltage of the reactor with the potential of the other end of the reactor as a reference potential is detected as the pulsating component.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第1の態様によれば、脈動成分の瞬時値の増大に応じて負荷力率を増大させることで、実施の形態で詳述するように、電力変換器へと入力される電流を、脈動成分の瞬時値の増大に応じて増大させることができる。よって、電力変換器の入力電圧たる直流電圧の更なる増大、即ち脈動成分の瞬時値の更なる増大が抑制される。逆に、脈動成分の瞬時値が小さいときには、電力変換器へと入力される電流が低減する。これにより、脈動成分の瞬時値の更なる低減が抑制される。 According to the first aspect of the control device for a power converter according to the present invention, by increasing the load power factor according to the increase in the instantaneous value of the pulsating component, the power conversion can be performed as described in detail in the embodiment. The current input to the device can be increased in response to an increase in the instantaneous value of the pulsating component. Therefore, the further increase of the DC voltage which is the input voltage of the power converter, that is, the further increase of the instantaneous value of the pulsation component is suppressed. Conversely, when the instantaneous value of the pulsation component is small, the current input to the power converter is reduced. This suppresses further reduction of the instantaneous value of the pulsating component.

以上のように、直流電圧の脈動成分の瞬時値が大きいときには、脈動成分の瞬時値の更なる増大が抑制され、脈動成分の瞬時値が小さいときには、脈動成分の瞬時値の更なる低減が抑制される。したがって、脈動成分の振幅を低減することができる。 As described above, when the instantaneous value of the pulsating component of the DC voltage is large, further increase of the instantaneous value of the pulsating component is suppressed, and when the instantaneous value of the pulsating component is small, further reduction of the instantaneous value of the pulsating component is suppressed. To be done. Therefore, the amplitude of the pulsating component can be reduced.

しかも、交流電圧の振幅を低減させる必要がない。つまり、電圧利用率(=交流電圧の振幅/直流電圧)を低減させる必要がない。 Moreover, it is not necessary to reduce the amplitude of the AC voltage. That is, it is not necessary to reduce the voltage utilization rate (=AC voltage amplitude/DC voltage).

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第2の態様によれば、第1電圧位相指令を補正して第2電圧位相指令を生成することで、負荷力率を制御している。よって、電圧指令に基づく従来の制御を簡易に利用することができる。 According to the second aspect of the control device for a power converter of the present invention, the load power factor is controlled by correcting the first voltage phase command and generating the second voltage phase command. Therefore, the conventional control based on the voltage command can be easily used.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第3の態様によれば、第1力率指令を補正して第2力率指令を算出することにより、負荷力率をより正確に制御できる。 According to the third aspect of the control device for a power converter of the present invention, the load power factor can be controlled more accurately by correcting the first power factor command and calculating the second power factor command.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第4の態様によれば、適切に第2電圧位相指令を算出することができる。 According to the fourth aspect of the control device for a power converter according to the present invention, the second voltage phase command can be appropriately calculated.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第5の態様によれば、補正値の絶対値は、当該比あるいは交流電流の振幅が小さいほど、大きい。したがって、当該比または交流電流の振幅の低下に起因する直流電流の補正量の低下を抑制できる。ひいては、当該比または交流電流の振幅の低下に起因する効果の低下を抑制することができる。 According to the fifth aspect of the control device for a power converter of the present invention, the absolute value of the correction value increases as the ratio or the amplitude of the alternating current decreases. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the correction amount of the DC current due to the decrease in the ratio or the amplitude of the AC current. As a result, it is possible to suppress the reduction of the effect due to the reduction of the ratio or the amplitude of the alternating current.

本発明にかかる電力変換器の制御装置の第6の態様によれば、簡単に脈動成分を検出できる。 According to the sixth aspect of the power converter control device of the present invention, the pulsation component can be easily detected.

負荷駆動装置の構成の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of a structure of a load drive device. 直流電圧、脈動成分およびリアクトル電圧の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of a DC voltage, a pulsation component, and a reactor voltage. 制御回路の内部構成の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly an example of an internal structure of a control circuit. 電圧位相補正部の内部構成の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly an example of an internal structure of a voltage phase correction part. 比較例にかかる電圧制御率および位相差の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the voltage control rate and phase difference concerning a comparative example. 本実施の形態にかかる電圧制御率および位相差の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the voltage control rate and phase difference concerning this Embodiment. 電圧位相補正部の内部構成の他の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly another example of an internal structure of a voltage phase correction part. 電圧位相補正部の内部構成の他の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly another example of an internal structure of a voltage phase correction part. 負荷駆動装置の構成の他の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly another example of a structure of a load drive device. 検出部の内部構成の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of an internal structure of a detection part.

<負荷駆動装置の構成>
図1は、負荷駆動装置の構成の一例を概略的に示している。負荷駆動装置は例えば整流器1とリアクトルL1とコンデンサC1と電力変換器2と制御回路3と検出部4とを備えている。
<Structure of load drive device>
FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of the load driving device. The load driving device includes, for example, a rectifier 1, a reactor L1, a capacitor C1, a power converter 2, a control circuit 3, and a detector 4.

整流器1は交流電源E1から入力されるN(Nは自然数)相交流電圧を整流電圧に整流し、この整流電圧を直流母線(電源線)LH,LLの間に出力する。図1の例では、整流器1はダイオード整流回路である。なお整流器1はダイオード整流回路に限らず、他の整流回路(例えば自励式整流回路または他励式整流回路)であってもよい。 The rectifier 1 rectifies an N-phase (N is a natural number) phase AC voltage input from the AC power source E1 into a rectified voltage and outputs the rectified voltage between the DC bus lines (power source lines) LH and LL. In the example of FIG. 1, the rectifier 1 is a diode rectifier circuit. The rectifier 1 is not limited to the diode rectifier circuit, and may be another rectifier circuit (for example, a self-excited rectifier circuit or a separately excited rectifier circuit).

また図1の例では整流器1は、三相交流電圧が入力される三相の整流回路である。ただし、整流器1に入力される交流電圧の相数、即ち整流器1の相数は三相に限らず適宜に設定されればよい。 Further, in the example of FIG. 1, the rectifier 1 is a three-phase rectifier circuit to which a three-phase AC voltage is input. However, the number of phases of the AC voltage input to the rectifier 1, that is, the number of phases of the rectifier 1 is not limited to three and may be set appropriately.

コンデンサC1は直流母線LH,LLの間に接続されている。コンデンサC1は例えばフィルムコンデンサである。コンデンサC1の容量を小さくした場合、直流母線LH,LLの相互間に印加される直流電圧Vdcを十分に平滑しない。言い換えれば、コンデンサC1は整流器1が整流した整流電圧の脈動を許容する。よって直流電圧VdcはN相交流電圧の整流による脈動成分を有する。例えば全波整流を用いれば、この脈動成分は、N相交流電圧の周波数の2N倍の周波数を有する。以下では、この脈動成分を整流成分と呼ぶ。図1の例では、整流器1は三相交流電圧を全波整流するので、直流電圧Vdcは三相交流電圧の周波数の6倍の周波数で脈動することとなる。 The capacitor C1 is connected between the DC buses LH and LL. The capacitor C1 is, for example, a film capacitor. When the capacitance of the capacitor C1 is reduced, the DC voltage Vdc applied between the DC buses LH and LL is not sufficiently smoothed. In other words, the capacitor C1 allows pulsation of the rectified voltage rectified by the rectifier 1. Therefore, the DC voltage Vdc has a pulsating component due to the rectification of the N-phase AC voltage. For example, if full-wave rectification is used, this pulsating component has a frequency that is 2N times the frequency of the N-phase AC voltage. Hereinafter, this pulsating component will be referred to as a rectifying component. In the example of FIG. 1, since the rectifier 1 full-wave rectifies the three-phase AC voltage, the DC voltage Vdc pulsates at a frequency that is six times the frequency of the three-phase AC voltage.

リアクトルL1はコンデンサC1とともにLCフィルタを形成する。図1の例では、リアクトルL1は、整流器1とコンデンサC1との間において(つまり、コンデンサC1に対して電力変換器2とは反対側において)、直流母線LHの上に設けられている。ただしこれに限らず、リアクトルL1は、整流器1とコンデンサC1との間において、直流母線LLの上に設けられてもよい。 Reactor L1 forms an LC filter with capacitor C1. In the example of FIG. 1, reactor L1 is provided on DC bus LH between rectifier 1 and capacitor C1 (that is, on the side opposite to power converter 2 with respect to capacitor C1). However, the present invention is not limited to this, and reactor L1 may be provided on DC bus LL between rectifier 1 and capacitor C1.

コンデンサC1の静電容量が上述の通り小さければ、このLCフィルタの共振周波数は高くなる傾向にある。同様にリアクトルL1のインダクタンスを小さくするほど、共振周波数は高くなる傾向にある。 If the capacitance of the capacitor C1 is small as described above, the resonance frequency of this LC filter tends to be high. Similarly, the resonance frequency tends to increase as the inductance of the reactor L1 decreases.

電力変換器2は制御回路3からの制御信号Sに基づいて、直流電圧Vdcを交流電圧に変換する。そして、電力変換器2はこの交流電圧を負荷M1へと出力する。電力変換器2は例えばインバータ回路である。図1の例では、電力変換器2として三相のインバータ回路が示されている。この電力変換器2は、例えば、スイッチング素子S1〜S6とダイオードD1〜D6とを備えている。 The power converter 2 converts the DC voltage Vdc into an AC voltage based on the control signal S from the control circuit 3. Then, the power converter 2 outputs this AC voltage to the load M1. The power converter 2 is, for example, an inverter circuit. In the example of FIG. 1, a three-phase inverter circuit is shown as the power converter 2. The power converter 2 includes, for example, switching elements S1 to S6 and diodes D1 to D6.

スイッチング素子S1〜S6は例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。スイッチング素子S1,S2は直流母線LH,LLの間で相互に直列に接続されており、スイッチング素子S3,S4は直流母線LH,LLの間で相互に直列に接続されており、スイッチング素子S5,S6は直流母線LH,LLの間で相互に直列に接続されている。スイッチング素子S1〜S6は制御回路3からの制御信号Sに基づいて導通/非導通する。 The switching elements S1 to S6 are, for example, insulated gate bipolar transistors. The switching elements S1 and S2 are connected in series with each other between the DC buses LH and LL, and the switching elements S3 and S4 are connected in series with each other between the DC buses LH and LL, and the switching element S5. S6 is connected in series between the DC buses LH and LL. The switching elements S1 to S6 are turned on/off based on the control signal S from the control circuit 3.

ダイオードD1〜D6は、それぞれスイッチング素子S1〜S6に並列に接続されている。ダイオードD1〜D6の順方向は直流母線LLから直流母線LHへと向かう方向である。なお、スイッチング素子S1〜S6は、直流母線LLから直流母線LHへと向かう順方向の寄生ダイオードを有していてもよい。このようなスイッチング素子S1〜S6は例えばMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)電界効果トランジスタである。この場合、ダイオードD1〜D6は設けられていなくてもよい。 The diodes D1 to D6 are connected in parallel to the switching elements S1 to S6, respectively. The forward direction of the diodes D1 to D6 is from the DC bus LL to the DC bus LH. The switching elements S1 to S6 may have a parasitic diode in the forward direction from the DC bus LL to the DC bus LH. Such switching elements S1 to S6 are, for example, MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) field effect transistors. In this case, the diodes D1 to D6 may not be provided.

スイッチング素子S1,S2を接続する接続点が出力線Puの一端に接続され、スイッチング素子S3,S4を接続する接続点が出力線Pvの一端に接続され、スイッチング素子S5,S6を接続する接続点が出力線Pwの一端に接続される。出力線Pu,Pv,Pwの他端は負荷M1に接続されている。 A connection point connecting the switching elements S1 and S2 is connected to one end of the output line Pu, a connection point connecting the switching elements S3 and S4 is connected to one end of the output line Pv, and a connection point connecting the switching elements S5 and S6. Is connected to one end of the output line Pw. The other ends of the output lines Pu, Pv, Pw are connected to the load M1.

スイッチング素子S1〜S6が適切に制御されることによって、電力変換器2は直流電圧Vdcを交流電圧(図1の例では三相交流電圧)に変換し、変換後の交流電圧を、出力線Pu,Pv,Pwを介して負荷M1へと出力することができる。以下では、電力変換器2が出力する交流電圧および交流電流を、それぞれ出力交流電圧および出力交流電流とも呼ぶ。 By appropriately controlling the switching elements S1 to S6, the power converter 2 converts the DC voltage Vdc into an AC voltage (three-phase AC voltage in the example of FIG. 1) and outputs the converted AC voltage to the output line Pu. , Pv, Pw to the load M1. Hereinafter, the AC voltage and the AC current output by the power converter 2 are also referred to as the output AC voltage and the output AC current, respectively.

負荷M1は例えば回転機(例えば誘導機又は同期機)であってもよい。また図1では三相の負荷M1が例示されているものの、その相数はこれに限らない。換言すれば、電力変換器2は三相の電力変換器に限らない。 The load M1 may be, for example, a rotating machine (for example, an induction machine or a synchronous machine). Although the three-phase load M1 is illustrated in FIG. 1, the number of phases is not limited to this. In other words, the power converter 2 is not limited to a three-phase power converter.

制御回路3は制御信号Sを電力変換器2(具体的には、スイッチング素子S1〜S6)へ出力して、電力変換器2の出力を制御する。 The control circuit 3 outputs the control signal S to the power converter 2 (specifically, the switching elements S1 to S6) to control the output of the power converter 2.

またここでは、制御回路3はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ(換言すれば手順)を実行する。上記記憶装置は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ(EPROM(Erasable Programmable ROM)等)、ハードディスク装置などの各種記憶装置の1つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、制御回路3はこれに限らず、制御回路3によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。 Further, here, the control circuit 3 is configured to include a microcomputer and a storage device. The microcomputer executes each processing step (in other words, procedure) described in the program. The storage device includes one or more of various storage devices such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a rewritable nonvolatile memory (EPROM (Erasable Programmable ROM), etc.) and a hard disk device. It is possible. The storage device stores various kinds of information and data, stores a program executed by a microcomputer, and provides a work area for executing the program. It should be noted that it can be understood that the microcomputer functions as various means corresponding to each processing step described in the program, or realizes various functions corresponding to each processing step. Further, the control circuit 3 is not limited to this, and various procedures executed by the control circuit 3 or various means or various functions to be realized may be partially or entirely realized by hardware.

<直流電圧Vdcの脈動成分>
本負荷駆動装置において、直流電圧Vdcは、整流器1の整流とは別の要因でも脈動する。コンデンサC1およびリアクトルL1によって形成される共振回路の共振周波数は、例えば整流成分Vrecの周波数よりも高く設定されるため、直流電圧Vdcは、整流成分Vrecの周波数よりも高い周波数を有する脈動成分Vdchも含んでいる。図2は直流電圧Vdc、脈動成分Vdch、および、リアクトルL1の電圧VLの一例を模式的に示している。図2に例示すように、直流電圧Vdcは、整流成分Vrecの周波数よりも高い周波数でも、脈動している。
<Pulsation component of DC voltage Vdc>
In this load drive device, the DC voltage Vdc pulsates due to a factor other than the rectification of the rectifier 1. Since the resonance frequency of the resonance circuit formed by the capacitor C1 and the reactor L1 is set higher than the frequency of the rectification component Vrec, for example, the DC voltage Vdc also includes the pulsation component Vdch having a frequency higher than the frequency of the rectification component Vrec. Contains. FIG. 2 schematically shows an example of the DC voltage Vdc, the pulsating component Vdch, and the voltage VL of the reactor L1. As illustrated in FIG. 2, the DC voltage Vdc pulsates even at a frequency higher than the frequency of the rectified component Vrec.

本実施の形態では、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を制御により低減することを企図する。 In the present embodiment, it is intended to reduce the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc by control.

<基本原理>
本実施の形態にかかる制御の説明に先立って、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を低減する基本原理について説明する。
<Basic principle>
Prior to the description of the control according to the present embodiment, the basic principle of reducing the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc will be described.

直流電圧Vdcは、電力変換器2へ入力される直流電流idcが大きくなると、低減する傾向にある。なぜなら、直流電流idcの増大によってコンデンサC1から電力変換器2へと流れる電流が大きくなるからである。また逆に、直流電流idcが低減すると、直流電圧Vdcは増大する傾向にある。 The DC voltage Vdc tends to decrease as the DC current idc input to the power converter 2 increases. This is because the current flowing from the capacitor C1 to the power converter 2 increases as the direct current idc increases. Conversely, when the direct current idc decreases, the direct current voltage Vdc tends to increase.

そこで、脈動成分Vdchの瞬時値の増大に応じて直流電流idcを増大させる。このように、脈動成分Vdchの瞬時値の増大中において、直流電流idcが増大すれば、脈動成分Vdchの更なる増大を抑制することができる。したがって、脈動成分Vdchの振幅を低減することができる。 Therefore, the DC current idc is increased according to the increase of the instantaneous value of the pulsating component Vdch. Thus, if the direct current idc increases during the increase of the instantaneous value of the pulsating component Vdch, it is possible to suppress the further increase of the pulsating component Vdch. Therefore, the amplitude of the pulsating component Vdch can be reduced.

逆に説明すると、脈動成分Vdchの瞬時値の低減に応じて、直流電流idcを低減させる。このように、脈動成分Vdchの瞬時値の低減中において、直流電流idcが低減すれば、脈動成分Vdchの更なる低減を抑制することができる。したがって、脈動成分Vdchの振幅を低減することができる。 Conversely, the direct current idc is reduced in accordance with the reduction of the instantaneous value of the pulsating component Vdch. Thus, if the DC current idc is reduced during the reduction of the instantaneous value of the pulsation component Vdch, it is possible to suppress the further reduction of the pulsation component Vdch. Therefore, the amplitude of the pulsating component Vdch can be reduced.

より具体的な一例として、以下の式を用いて直流電流idcを補正すればよい。 As a more specific example, the DC current idc may be corrected using the following formula.

idc’’=idc’+K・Vdch ・・・(1) idc″=idc′+K·Vdch (1)

ここで、idc’’,idc’およびKは、それぞれ、補正後の直流電流、補正前の直流電流およびゲインを示す。 Here, idc″, idc′, and K represent the corrected direct current, the uncorrected direct current, and the gain, respectively.

式(1)によれば、脈動成分Vdchの瞬時値の増大に応じて直流電流idc’’が増大し、脈動成分Vdchの瞬時値の低減に応じて直流電流idc’’が低減する。これにより、脈動成分Vdchの振幅を低減できる。なお以下では、脈動成分Vdchの瞬時値の増大を単に脈動成分Vdchの増大とも呼び、脈動成分Vdchの瞬時値の低減を単に脈動成分Vdchの低減とも呼ぶ。 According to the equation (1), the DC current idc″ increases as the instantaneous value of the pulsating component Vdch increases, and the DC current idc″ decreases as the instantaneous value of the pulsating component Vdch decreases. As a result, the amplitude of the pulsating component Vdch can be reduced. In the following, an increase in the instantaneous value of the pulsating component Vdch will be simply referred to as an increase in the pulsating component Vdch, and a decrease in the instantaneous value of the pulsating component Vdch will also be simply referred to as a decrease in the pulsating component Vdch.

ところで、リアクトルL1の電圧VLは脈動成分Vdchに相当する、と考えることができる。その理由について簡単に述べる。まず、直流電圧Vdcは整流成分Vrecと脈動成分Vdchとの和(Vrec+Vdch)である。そして、例えばリアクトルL1のコンデンサC1側の一端の電位を基準電位とした電圧VLを考慮すると、キルヒホッフの法則により、整流器1の出力電圧は電圧VLと直流電圧Vdcの和と等しい。整流器1の出力電圧は、整流成分Vrecとほぼ等しいと考えることができるので、Vrec=Vdc+VLが成立する。Vdc=Vrec+Vdchをこの式に代入すると、VL=−Vdchが成立する。つまり、電圧VLは理想的には脈動成分Vdchの逆相となる。言い換えれば、電圧VLの正負は脈動成分Vdchと正負と相違する(図2も参照)。 By the way, it can be considered that the voltage VL of the reactor L1 corresponds to the pulsating component Vdch. The reason will be briefly described. First, the DC voltage Vdc is the sum (Vrec+Vdch) of the rectified component Vrec and the pulsating component Vdch. Considering the voltage VL with the potential at one end of the reactor L1 on the capacitor C1 side as the reference potential, the output voltage of the rectifier 1 is equal to the sum of the voltage VL and the DC voltage Vdc according to Kirchhoff's law. Since it can be considered that the output voltage of the rectifier 1 is almost equal to the rectified component Vrec, Vrec=Vdc+VL is established. By substituting Vdc=Vrec+Vdch into this equation, VL=-Vdch is established. That is, the voltage VL ideally has a reverse phase of the pulsating component Vdch. In other words, the positive/negative of the voltage VL is different from the positive/negative of the pulsation component Vdch (see also FIG. 2).

VL=−Vdchを式(1)に代入すると、以下の式が導かれる。 Substituting VL=-Vdch into the equation (1) leads to the following equation.

idc’’=idc’−K・VL ・・・(2) idc″=idc′−K·VL (2)

よって、式(2)で示すように直流電流idc’を補正すれば、脈動成分Vdchの振幅を低減できる。より一般的に説明すると、電圧VLの瞬時値の増大に応じて直流電流idc’’が低減するように、換言すれば、電圧VLの瞬時値の低減に応じて直流電流idc’’が増大するように、補正を行えば、脈動成分Vdchの振幅を低減できる。なお以下では、電圧VLの瞬時値の増大を単に電圧VLの増大とも呼び、電圧VLの瞬時値の低減を単に電圧VLの低減とも呼ぶ。 Therefore, if the DC current idc' is corrected as shown in the equation (2), the amplitude of the pulsating component Vdch can be reduced. More generally, the DC current idc″ decreases as the instantaneous value of the voltage VL increases, in other words, the DC current idc″ increases as the instantaneous value of the voltage VL decreases. As described above, the correction can reduce the amplitude of the pulsation component Vdch. Note that, hereinafter, an increase in the instantaneous value of the voltage VL is also simply referred to as an increase in the voltage VL, and a decrease in the instantaneous value of the voltage VL is also simply referred to as a decrease in the voltage VL.

<本実施の形態にかかる制御>
上述のように、脈動成分Vdchの増大(あるいは電圧VLの低減)に応じて直流電流を増大させれば、脈動成分Vdchの振幅を低減できる。本実施の形態では、この直流電流を直接に制御するのではなく、負荷M1側の力率である負荷力率を制御する。そして、この負荷力率の制御によって、等価的に、脈動成分Vdchの増大(あるいは電圧VLの低減)に応じて直流電流を増大させるのである。具体的には、制御回路3は電力変換器2を制御して、負荷力率を脈動成分Vdchの増大(あるいは電圧VLの低減)に応じて増大させる。
<Control according to this embodiment>
As described above, the amplitude of the pulsating component Vdch can be reduced by increasing the direct current according to the increase of the pulsating component Vdch (or the decrease of the voltage VL). In the present embodiment, the direct current is not directly controlled, but the load power factor, which is the power factor on the load M1 side, is controlled. Then, by controlling the load power factor, the DC current is equivalently increased according to the increase of the pulsating component Vdch (or the decrease of the voltage VL). Specifically, the control circuit 3 controls the power converter 2 to increase the load power factor according to the increase of the pulsating component Vdch (or the decrease of the voltage VL).

以下では、まず電圧VLを用いた制御について述べる。例えば、以下の式を用いて負荷力率を補正する。 Hereinafter, control using the voltage VL will be described first. For example, the load power factor is corrected using the following formula.

cosθ2=cosθ1−K・VL ・・・(3) cos θ2=cos θ1−K·VL (3)

ここで、θ2は出力交流電圧および出力交流電流の補正後の位相差を示し、θ1は出力交流電圧および出力交流電流の補正前の位相差を示す。よって、位相差θ1の余弦値cosθ1は補正前の負荷力率を示し、位相差θ2の余弦値cosθ2は補正後の負荷力率を示す。 Here, θ2 indicates the phase difference after correction of the output AC voltage and output AC current, and θ1 indicates the phase difference of the output AC voltage and output AC current before correction. Therefore, the cosine value cos θ1 of the phase difference θ1 shows the load power factor before correction, and the cosine value cos θ2 of the phase difference θ2 shows the load power factor after correction.

次に、式(3)を用いることによって、直流電流idcが電圧VLの低減に応じて増大することを、以下に説明する。 Next, it will be described below that the DC current idc increases as the voltage VL decreases by using the equation (3).

電力変換器2の入力電力および出力電力は理想的に互いに等しい。よって、電力変換器2が三相交流電圧を出力する場合、以下の式が成立する。 The input power and the output power of the power converter 2 are ideally equal to each other. Therefore, when the power converter 2 outputs a three-phase AC voltage, the following formula is established.

idc・Vdc=√3・io_rms・Vo_rms・cosθ2 ・・・(4) idc·Vdc=√3·io_rms·Vo_rms·cos θ2 (4)

ここで、idcは、電力変換器2へ入力される直流電流を示し、io_rmsおよびVo_rmsは、それぞれ、出力交流電流および出力交流電圧の実効値を示す。 Here, idc shows the direct current input into the power converter 2, and io_rms and Vo_rms show the effective value of an output alternating current and an output alternating voltage, respectively.

次に電圧制御率Dを導入する。電圧制御率Dは、直流電圧Vdcに対する、出力交流電圧の振幅Vmの比(=Vm/Vdc=√2・Vo_rms/Vdc)である。この電圧制御率Dを用いて式(4)を変形すると、以下の式を導くことができる。 Next, the voltage control rate D is introduced. The voltage control rate D is a ratio of the amplitude Vm of the output AC voltage to the DC voltage Vdc (=Vm/Vdc=√2·Vo_rms/Vdc). By transforming the equation (4) using this voltage control rate D, the following equation can be derived.

idc・Vdc=√3・io_rms・D・Vdc/√2・cosθ2・・・(5) idc·Vdc=√3·io_rms·D·Vdc/√2·cos θ2...(5)

式(5)の両辺に直流電圧Vdcの逆数を乗算すると、以下の式が導かれる。 By multiplying both sides of the equation (5) by the reciprocal of the DC voltage Vdc, the following equation is derived.

idc=√(3/2)・io_rms・D・cosθ2 ・・・(6) idc=√(3/2)·io_rms·D·cos θ2 (6)

式(6)に式(3)を代入すると、以下の式が導かれる。 Substituting equation (3) into equation (6) leads to the following equation.

idc=√(3/2)・io_rms・D・(cosθ1−K・VL)
=√(3/2)・io_rms・D・cosθ1−√(3/2)・io_rms・D・K・VL ・・・(7)
idc=√(3/2)・io_rms・D・(cos θ1-K・VL)
= √(3/2)・io_rms・D・cos θ1−√(3/2)・io_rms・D・K・VL ・・・(7)

式(7)の右辺の第1項は、式(6)に鑑みると、負荷力率を補正しないときの直流電流idcと考えることができる。この直流電流idcを、負荷力率を補正したときの直流電流idcと区別すべく、直流電流idc1と呼び、負荷力率を補正したときの直流電流idcを直流電流idc2と呼ぶ。直流電流idc1,idc2を用いて表すと、式(7)から以下の式を導くことができる。 In consideration of Expression (6), the first term on the right side of Expression (7) can be considered as the direct current idc when the load power factor is not corrected. This DC current idc is called a DC current idc1 in order to distinguish it from the DC current idc when the load power factor is corrected, and the DC current idc when the load power factor is corrected is called a DC current idc2. When expressed by using the direct currents idc1 and idc2, the following equation can be derived from the equation (7).

idc2=idc1・−√(3/2)・io_rms・D・K・VL ・・・(8) idc2=idc1·−√(3/2)·io_rms·D·K·VL (8)

式(8)の右辺の第2項には、電圧制御率Dおよび出力交流電流の実効値io_rmsが存在するものの、電圧VLが存在する。よって、直流電流idc1は電圧VLで補正されることになる。つまり、電圧VLの低減に応じて直流電流idc2が増大するように、逆に言えば、電圧VLの増大に応じて直流電流idc2が低減するように、直流電流idc1が補正される。 Although the voltage control rate D and the effective value io_rms of the output AC current exist in the second term on the right side of Expression (8), the voltage VL exists. Therefore, the DC current idc1 is corrected by the voltage VL. That is, the DC current idc1 is corrected so that the DC current idc2 increases as the voltage VL decreases, or conversely, the DC current idc2 decreases as the voltage VL increases.

以上のように、式(3)を満たすように負荷力率を補正することで、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を低減できることが、分かる。より一般的に説明すれば、制御回路3は電力変換器2を制御して、電圧VLの低減に応じて負荷力率を増大させることにより、脈動成分Vdchの振幅を低減することができる。 As described above, it is understood that the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc can be reduced by correcting the load power factor so as to satisfy the expression (3). More generally, the control circuit 3 controls the power converter 2 to increase the load power factor according to the decrease in the voltage VL, thereby reducing the amplitude of the pulsating component Vdch.

<制御の具体例>
制御回路3は、上述のように、負荷力率を脈動成分Vdchの増大に応じて増大させるべく、出力交流電圧の位相(以下、電圧位相と呼ぶ)についての電圧位相指令を補正しても構わない。例えば、制御回路3は、以下に、具体例について述べる。
<Specific example of control>
As described above, the control circuit 3 may correct the voltage phase command for the phase of the output AC voltage (hereinafter referred to as the voltage phase) in order to increase the load power factor according to the increase of the pulsating component Vdch. Absent. For example, a specific example of the control circuit 3 will be described below.

図3は、制御回路3の内部構成の一例を概略的に示す機能ブロック図である。図3の例では、制御回路3は電圧指令生成部31と直交/極座標変換部32と電圧位相補正部33と回転/固定座標変換部34と制御信号生成部35と固定/回転座標変換部36とを備えている。 FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing an example of the internal configuration of the control circuit 3. In the example of FIG. 3, the control circuit 3 includes a voltage command generator 31, an orthogonal/polar coordinate converter 32, a voltage phase corrector 33, a rotary/fixed coordinate converter 34, a control signal generator 35, and a fixed/rotary coordinate converter 36. It has and.

電圧指令生成部31は出力交流電圧についての電圧指令V*を生成する。電圧指令V*の生成方法は特に限定されないものの、その一例を簡単に説明する。図3の例では、負荷M1が電動機である場合の制御回路3が示されている。図3の例では、制御回路3には、減算器37が設けられており、この減算器37には、電動機の回転速度ωと、回転速度ωについての回転速度指令ω*とが入力される。回転速度指令ω*は例えば外部から減算器37に入力される。回転速度ωは例えば不図示の回転速度検出部によって検出される。回転速度検出部は、いわゆる回転速度センサ(例えばロータリエンコーダ)であってもよく、あるいは、電動機に流れる電流に基づいて回転速度ωを算出する演算回路を有していてもよい。減算器37は回転速度指令ω*から回転速度ωを減算して偏差Δωを算出し、偏差Δωを電圧指令生成部31に出力する。 The voltage command generator 31 generates a voltage command V* for the output AC voltage. The method of generating the voltage command V* is not particularly limited, but an example thereof will be briefly described. In the example of FIG. 3, the control circuit 3 when the load M1 is an electric motor is shown. In the example of FIG. 3, the control circuit 3 is provided with a subtractor 37, and the rotational speed ω of the electric motor and the rotational speed command ω* for the rotational speed ω are input to the subtractor 37. .. The rotation speed command ω* is input to the subtractor 37 from the outside, for example. The rotation speed ω is detected by, for example, a rotation speed detection unit (not shown). The rotation speed detection unit may be a so-called rotation speed sensor (for example, a rotary encoder), or may have an arithmetic circuit that calculates the rotation speed ω based on the current flowing in the electric motor. The subtractor 37 subtracts the rotation speed ω from the rotation speed command ω* to calculate the deviation Δω, and outputs the deviation Δω to the voltage command generation unit 31.

図3の例では、電圧指令生成部31には、電動機を流れる電流id,iqも入力されている。この電流id,iqは、それぞれ、電動機を流れる交流電流の、d−q軸回転座標系におけるd軸成分およびq軸成分である。d−q軸回転座標系は、電動機の界磁による電機子への鎖交磁束と同相に設定されたd軸と、d軸に対して位相が90度進むq軸とによって構成される。よってd−q軸回転座標系は電動機に同期して回転する。 In the example of FIG. 3, the voltage command generator 31 also receives the currents id and iq flowing through the electric motor. The currents id and iq are the d-axis component and the q-axis component of the alternating current flowing through the electric motor in the dq axis rotating coordinate system, respectively. The dq axis rotating coordinate system is configured by the d axis set in phase with the interlinkage magnetic flux to the armature due to the field of the electric motor, and the q axis whose phase advances 90 degrees with respect to the d axis. Therefore, the dq axis rotating coordinate system rotates in synchronization with the electric motor.

電動機を流れる電流(出力交流電流)は例えば電流検出部5によって検出される(図1参照)。電流検出部5は例えば電流検出回路であって、出力線Pu,Pv,Pwをそれぞれ流れる電流iu,iv,iwを検出し、これらを固定/回転座標変換部36へと出力する。固定/回転座標変換部36は、電流iu,iv,iwに対して座標変換を行って、d−q軸回転座標系における電流id,iqを算出する。なお、座標変換に必要なd−q軸回転座標系と固定座標系との間の位相差は、例えば回転速度ω(または回転速度指令ω*)を積分して算出すればよい。 The current (output AC current) flowing through the electric motor is detected by, for example, the current detection unit 5 (see FIG. 1). The current detection unit 5 is, for example, a current detection circuit, detects the currents iu, iv, iw flowing through the output lines Pu, Pv, Pw, and outputs them to the fixed/rotational coordinate conversion unit 36. The fixed/rotating coordinate conversion unit 36 performs coordinate conversion on the currents iu, iv, iw to calculate the currents id, iq in the dq axis rotating coordinate system. The phase difference between the dq axis rotating coordinate system and the fixed coordinate system required for coordinate conversion may be calculated, for example, by integrating the rotating speed ω (or the rotating speed command ω*).

図1の例では、電流検出部5は電流iu,iv,iwを検出しているものの、いずれか二つを検出してもよい。電流iu,iv,iwの総和は理想的には零であるので、この二つの電流から残りの一つの電流を算出することができる。また図1の例では、電流検出部5は電流iu,iv,iwを直接に検出しているものの、直流母線LHまたは直流母線LLを流れる直流電流を検出してもよい。具体的には、電流検出部5は、コンデンサC1と電力変換器2との間において直流母線LHまたは直流母線LLを流れる直流電流を検出してもよい。この直流電流は、電流iu,iv,iwのうちスイッチング素子S1〜S6のスイッチパターンに応じた電流と一致する。よってスイッチパターンおよび直流電流に基づいて電流iu,iv,iwを把握できる。かかる電流検出は、いわゆる1シャント方式と呼ばれる。 In the example of FIG. 1, the current detector 5 detects the currents iu, iv, iw, but it may detect any two. Since the sum of the currents iu, iv, iw is ideally zero, the remaining one current can be calculated from these two currents. Further, in the example of FIG. 1, the current detection unit 5 directly detects the currents iu, iv, iw, but may detect the direct current flowing through the DC bus LH or the DC bus LL. Specifically, the current detector 5 may detect a DC current flowing through the DC bus LH or the DC bus LL between the capacitor C1 and the power converter 2. This DC current matches the current corresponding to the switch pattern of the switching elements S1 to S6 among the currents iu, iv, and iw. Therefore, the currents iu, iv, iw can be grasped based on the switch pattern and the direct current. Such current detection is called a so-called 1-shunt method.

電圧指令生成部31は、例えば、偏差Δωおよび電流id,iqに基づいて、電圧指令V*を生成する。例えば電圧指令生成部31は、電動機の電圧方程式に基づくフィードフォワード制御および偏差Δωに対する比例積分制御などの制御を用いて、電圧指令V*を生成することができる。この電圧指令V*は制御座標系における各軸の成分によって表現される。例えば電圧指令V*は、そのd軸成分たるd軸電圧指令Vd*と、そのq軸成分たるq軸電圧指令Vq*と含んでいる。つまり、電圧指令V*は直交座標系で表現される。電圧指令生成部31はこの電圧指令V*を直交/極座標変換部32へと出力する。 The voltage command generator 31 generates the voltage command V* based on, for example, the deviation Δω and the currents id and iq. For example, the voltage command generator 31 can generate the voltage command V* by using feedforward control based on the voltage equation of the electric motor and control such as proportional-plus-integral control for the deviation Δω. This voltage command V* is expressed by the component of each axis in the control coordinate system. For example, the voltage command V* includes a d-axis voltage command Vd* that is the d-axis component thereof and a q-axis voltage command Vq* that is the q-axis component thereof. That is, the voltage command V* is expressed in a rectangular coordinate system. The voltage command generator 31 outputs this voltage command V* to the orthogonal/polar coordinate converter 32.

なお上述の例では、制御回路3はd−q軸回転座標系を用いて電圧指令V*を算出しているものの、他の回転座標系を用いてもよい。以下では、電圧指令V*を算出するための座標系を制御座標系とも呼ぶ。 In the above example, the control circuit 3 calculates the voltage command V* using the dq axis rotating coordinate system, but another rotating coordinate system may be used. Hereinafter, the coordinate system for calculating the voltage command V* is also referred to as a control coordinate system.

直交/極座標変換部32は電圧指令V*に対して、直交座標系から極座標系への座標変換を施す。極座標系においては、電圧指令V*はその大きさと位相とによって表現されるので、直交/極座標変換部32は電圧指令V*の大きさたる振幅指令D*と、その位相たる電圧位相指令θv**とを算出することになる。ここでいう位相とは、制御座標系における位相である。直交/極座標変換部32は、振幅指令D*を回転/固定座標変換部34へ出力し、電圧位相指令θv**を電圧位相補正部33へ出力する。 The orthogonal/polar coordinate conversion unit 32 performs coordinate conversion from the rectangular coordinate system to the polar coordinate system for the voltage command V*. In the polar coordinate system, the voltage command V* is expressed by its size and phase, so the orthogonal/polar coordinate conversion unit 32 causes the amplitude command D*, which is the size of the voltage command V*, and the voltage phase command θv*, which is its phase. * And will be calculated. The phase here is the phase in the control coordinate system. The orthogonal/polar coordinate conversion unit 32 outputs the amplitude command D* to the rotating/fixed coordinate conversion unit 34, and outputs the voltage phase command θv** to the voltage phase correction unit 33.

電圧位相補正部33には、電圧VLも入力される。電圧VLは検出部4によって検出される(図1参照)。検出部4は電圧検出回路であって、電圧VLを検出し、これを制御回路3(より具体的には電圧位相補正部33)へと出力する。検出部4は、例えば、リアクトルL1のコンデンサC1側の一端の電位を基準として、電圧VLを検出する。 The voltage VL is also input to the voltage phase correction unit 33. The voltage VL is detected by the detector 4 (see FIG. 1). The detection unit 4 is a voltage detection circuit that detects the voltage VL and outputs it to the control circuit 3 (more specifically, the voltage phase correction unit 33). The detection unit 4 detects the voltage VL with reference to, for example, the potential of one end of the reactor L1 on the capacitor C1 side.

電圧位相補正部33は、電圧VLの低減に応じて負荷力率が増大するように、電圧位相指令θv**を補正して、電圧位相指令θv*を生成する。図3の例では、例えば電圧位相補正部33は力率算出部331と力率補正部332と位相算出部333と電流位相算出部334とを備えている。 The voltage phase correction unit 33 corrects the voltage phase command θv** to generate the voltage phase command θv* so that the load power factor increases in accordance with the decrease in the voltage VL. In the example of FIG. 3, for example, the voltage phase correction unit 33 includes a power factor calculation unit 331, a power factor correction unit 332, a phase calculation unit 333, and a current phase calculation unit 334.

電流位相算出部334には、固定/回転座標変換部36から電流id,iqが入力される。電流位相算出部334は電流id,iqに基づいて、その位相である電流位相θiを算出する。例えば、電流位相算出部334は、電流id,iqに対して、直交座標系から極座標系への変換を施して、電流位相θiを算出する。電流位相θiは、電圧位相指令θv**と同じ座標系における位相であり、ここでは制御座標系における電流の位相である。電流位相算出部334は電流位相θiを力率算出部331および位相算出部333へ出力する。 The currents id and iq are input from the fixed/rotational coordinate conversion unit 36 to the current phase calculation unit 334. The current phase calculator 334 calculates the current phase θi, which is the phase, based on the currents id and iq. For example, the current phase calculation unit 334 calculates the current phase θi by converting the currents id and iq from the rectangular coordinate system to the polar coordinate system. The current phase θi is the phase in the same coordinate system as the voltage phase command θv**, and here is the current phase in the control coordinate system. The current phase calculator 334 outputs the current phase θi to the power factor calculator 331 and the phase calculator 333.

力率算出部331には、電圧位相指令θv**も入力される。力率算出部331は電圧位相指令θv**と電流位相θiとに基づいて、力率指令PF**を算出する。図4は電圧位相補正部33のより具体的な内部構成の一例を概略的に示す機能ブロック図である。図4に例示するように、力率算出部331は減算器3311と演算部3312とを備えている。減算器3311には、電圧位相指令θv**と電流位相θiとが入力される。減算器3311は電圧位相指令θv**から電流位相θiを減算して、位相差指令θ**を算出し、位相差指令θ**を演算部3312へと出力する。位相差指令θ**は、出力交流電圧と出力交流電流の位相差についての指令である。演算部3312は位相差指令θ**の余弦値(cosθ**)を算出し、その結果を力率指令PF**として力率補正部332へと出力する。 The voltage phase command θv** is also input to the power factor calculation unit 331. The power factor calculation unit 331 calculates the power factor command PF** based on the voltage phase command θv** and the current phase θi. FIG. 4 is a functional block diagram schematically showing an example of a more specific internal configuration of the voltage phase correction unit 33. As illustrated in FIG. 4, the power factor calculation unit 331 includes a subtractor 3311 and a calculation unit 3312. The voltage phase command θv** and the current phase θi are input to the subtractor 3311. The subtractor 3311 subtracts the current phase θi from the voltage phase command θv**, calculates the phase difference command θ**, and outputs the phase difference command θ** to the calculation unit 3312. The phase difference command θ** is a command regarding the phase difference between the output AC voltage and the output AC current. The calculation unit 3312 calculates the cosine value (cos θ**) of the phase difference command θ**, and outputs the result to the power factor correction unit 332 as the power factor command PF**.

力率補正部332には、電圧VLも入力される。力率補正部332は力率指令PF**および電圧VLに基づいて力率指令PF*を算出する。具体的には、力率補正部332は、力率指令PF*が電圧VLの低減に応じて増大するように、力率指令PF**に対して補正を行う。 The voltage VL is also input to the power factor correction unit 332. The power factor correction unit 332 calculates the power factor command PF* based on the power factor command PF** and the voltage VL. Specifically, the power factor correction unit 332 corrects the power factor command PF** so that the power factor command PF* increases as the voltage VL decreases.

図3および図4の例では、力率補正部332は乗算器3321と減算器3322とを備えている。乗算器3321には、電圧VLおよびゲインKが入力される。ゲインKは例えば予め設定されて、制御回路3の記憶媒体に記憶されていてもよい。乗算器3321はゲインKと電圧VLとを乗算し、その結果を減算器3322へと出力する。減算器3322には、力率指令PF**も入力されている。減算器3322は力率指令PF**から乗算器3321の出力を減算して、その結果を力率指令PF*として出力する。つまり、図4の力率補正部332は実質的に式(3)を演算する。つまり負荷力率を式(3)に基づいて補正する。 In the example of FIGS. 3 and 4, the power factor correction unit 332 includes a multiplier 3321 and a subtractor 3322. The voltage VL and the gain K are input to the multiplier 3321. The gain K may be set in advance and stored in the storage medium of the control circuit 3, for example. The multiplier 3321 multiplies the gain K and the voltage VL, and outputs the result to the subtractor 3322. The power factor command PF** is also input to the subtractor 3322. The subtractor 3322 subtracts the output of the multiplier 3321 from the power factor command PF**, and outputs the result as the power factor command PF*. That is, the power factor correction unit 332 of FIG. 4 substantially calculates the equation (3). That is, the load power factor is corrected based on the equation (3).

力率指令PF*および電流位相θiは位相算出部333へ入力される。位相算出部333は力率指令PF*および電流位相θiに基づいて電圧位相指令θv*を算出する。例えば位相算出部333は演算部3331と加算器3332とを備えている。演算部3331には、力率指令PF*が入力される。演算部3331は力率指令PF*の逆余弦値を算出し、その結果を位相差指令θ*として加算器3332へ出力する。加算器3332には、電流位相θiも入力される。加算器3332は位相差指令θ*に電流位相θiを加算して、その結果を電圧位相指令θv*として回転/固定座標変換部34へと出力する。以下の式は、図4の電圧位相補正部33が行う演算式を示している。 The power factor command PF* and the current phase θi are input to the phase calculator 333. The phase calculator 333 calculates the voltage phase command θv* based on the power factor command PF* and the current phase θi. For example, the phase calculation unit 333 includes a calculation unit 3331 and an adder 3332. The power factor command PF* is input to the calculation unit 3331. The calculation unit 3331 calculates the inverse cosine value of the power factor command PF* and outputs the result to the adder 3332 as the phase difference command θ*. The current phase θi is also input to the adder 3332. The adder 3332 adds the current phase θi to the phase difference command θ* and outputs the result as the voltage phase command θv* to the rotating/fixed coordinate conversion unit 34. The following equations show arithmetic expressions performed by the voltage phase correction unit 33 in FIG.

θv*=cos−1{cos(θv**−θi)−K・VL}+θi ・・・(9) θv*=cos −1 {cos(θv**−θi)−K·VL}+θi (9)

回転/固定座標変換部34は、振幅指令D*および電圧位相指令θv*によって示される電圧指令に対して、座標変換を行って、固定座標系における電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を生成し、これらの指令を制御信号生成部35へ出力する。制御信号生成部35は電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて制御信号Sを生成する。例えば制御信号生成部35は電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の各々とキャリア(例えば三角波)との比較に基づいて制御信号Sを生成する。このような制御信号Sの生成方法はパルス幅変調で用いられる方法である。 The rotation/fixed coordinate conversion unit 34 performs coordinate conversion on the voltage command indicated by the amplitude command D* and the voltage phase command θv* to generate voltage commands Vu*, Vv*, Vw* in the fixed coordinate system. Then, these commands are output to the control signal generation unit 35. The control signal generator 35 generates the control signal S based on the voltage commands Vu*, Vv*, Vw*. For example, the control signal generation unit 35 generates the control signal S based on the comparison between each of the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* and the carrier (for example, triangular wave). Such a method of generating the control signal S is a method used in pulse width modulation.

電力変換器2は制御信号Sに基づいて動作し、理想的には電圧指令Vu*,Vv*,Vw*で示される出力交流電圧を負荷M1へと出力する。 The power converter 2 operates based on the control signal S, and ideally outputs the output AC voltage indicated by the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* to the load M1.

このような制御回路3によって、電圧VLの低減に応じて負荷力率が増大するように、負荷力率が制御される。逆に説明すると、負荷力率が電圧VLの増大に応じて低減するように、負荷力率が制御される。したがって、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchを抑制することができる。 With such a control circuit 3, the load power factor is controlled so that the load power factor increases in accordance with the reduction of the voltage VL. In other words, the load power factor is controlled so that the load power factor decreases as the voltage VL increases. Therefore, the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc can be suppressed.

しかも、本制御によれば、振幅指令D*に対して、電圧VLに基づく補正を必要としない。ここで、比較例として、電圧位相指令θv**の補正に替えて、振幅指令D*に対して補正を行う制御を簡単に説明する。例えば電圧VLとゲインKとの積を、振幅指令D*から減算して、補正後の振幅指令D*’を算出する。 Moreover, according to this control, the amplitude command D* does not need to be corrected based on the voltage VL. Here, as a comparative example, a control for correcting the amplitude command D* instead of correcting the voltage phase command θv** will be briefly described. For example, the product of the voltage VL and the gain K is subtracted from the amplitude command D* to calculate the corrected amplitude command D*'.

そして、例えば、振幅指令D*’と電圧位相指令θv*とで表される電圧指令に基づいて、上述と同様に、制御信号Sを生成する。これにより、出力交流電圧の振幅が、電圧VLの低減に応じて増大する。図5は、比較例にかかる電圧制御率Dおよび位相差θの一例を模式的に示している。電圧制御率Dとは、直流電圧Vdcに対する、出力交流電圧の振幅の比である。図5に示すように、位相差θはほぼ一定であるのに対して、電圧制御率Dの振幅は脈動する。この電圧制御率Dの脈動制御によって、直流電圧Vdcの脈動成分を低減することができる。しかしながら、電圧制御率Dが脈動するので、その電圧制御率Dの平均値Daは電圧制御率Dの最大値Dpよりも小さくなる。 Then, for example, based on the voltage command represented by the amplitude command D*′ and the voltage phase command θv*, the control signal S is generated in the same manner as described above. As a result, the amplitude of the output AC voltage increases as the voltage VL decreases. FIG. 5 schematically shows an example of the voltage control rate D and the phase difference θ according to the comparative example. The voltage control rate D is the ratio of the amplitude of the output AC voltage to the DC voltage Vdc. As shown in FIG. 5, the phase difference θ is almost constant, but the amplitude of the voltage control rate D pulsates. The pulsation control of the voltage control rate D can reduce the pulsation component of the DC voltage Vdc. However, since the voltage control rate D pulsates, the average value Da of the voltage control rate D becomes smaller than the maximum value Dp of the voltage control rate D.

図6は、本実施の形態にかかる電圧制御率Dおよび位相差θの一例を模式的に示している。図6に示すように、本実施の形態によれば、電圧制御率Dはほぼ一定であるのに対して、位相差θが脈動する。本実施の形態では、この位相差θの脈動によって、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を低減している。本実施の形態では、電圧制御率Dを電圧VLに応じて脈動させる必要がないので、電圧制御率Dの低下を回避、あるいは、抑制できる。なお、電圧制御率Dの最大値Dpは直流電圧Vdcの値に応じて決まっており、本実施の形態では、電圧利用率の上限値として、この最大値Dpを採用することができる。つまり、本実施の形態によれば、電圧利用率の上限値の低下を回避または抑制できる。 FIG. 6 schematically shows an example of the voltage control rate D and the phase difference θ according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, according to the present embodiment, the voltage control rate D is substantially constant, but the phase difference θ pulsates. In the present embodiment, the pulsation of the phase difference θ reduces the amplitude of the pulsation component Vdch of the DC voltage Vdc. In the present embodiment, since it is not necessary to pulsate the voltage control rate D according to the voltage VL, it is possible to avoid or suppress the decrease in the voltage control rate D. Note that the maximum value Dp of the voltage control rate D is determined according to the value of the DC voltage Vdc, and in the present embodiment, this maximum value Dp can be adopted as the upper limit value of the voltage utilization rate. That is, according to the present embodiment, it is possible to avoid or suppress a decrease in the upper limit value of the voltage utilization rate.

また、上述の具体例では、電圧VLの基準電位として、コンデンサC1側のリアクトルL1の一端の電位を採用した。しかるに、リアクトルL1の他端の電位を採用しても構わない。この場合、電圧VLの極性が逆になるので、負荷力率が電圧VLの増大に応じて増大するように、言い換えれば、電圧VLの低減に応じて低減するように、制御されればよい。 Further, in the above-described specific example, the potential of one end of the reactor L1 on the capacitor C1 side is adopted as the reference potential of the voltage VL. However, the potential of the other end of the reactor L1 may be adopted. In this case, since the polarity of the voltage VL is reversed, the load power factor may be controlled so as to increase as the voltage VL increases, in other words, to decrease as the voltage VL decreases.

また、検出部4は、コンデンサC1側のリアクトルL1の一端の電位を基準とした電圧VLを、逆相の脈動成分Vdchとして検出する脈動成分検出部である、とも説明できる。リアクトルL1の他端の電位を基準とした電圧VLを検出する場合には、検出部4は、当該電圧VLを同相の脈動成分Vdchとして検出する、とも説明できる。 It can also be described that the detection unit 4 is a pulsation component detection unit that detects the voltage VL based on the potential at one end of the reactor L1 on the side of the capacitor C1 as the pulsation component Vdch of the opposite phase. When detecting the voltage VL based on the potential of the other end of the reactor L1, the detection unit 4 can also be described as detecting the voltage VL as the pulsation component Vdch of the same phase.

<リミッタ>
図7は電圧位相補正部33Aの内部構成の他の一例を概略的に示す図である。図7の電圧位相補正部33Aは、力率補正部332の内部構成という点で、図4の電圧位相補正部33と相違する。図7の電圧位相補正部33Aはリミッタ3323を更に備えている。リミッタ3323には、力率指令PF*が入力される。リミッタ3323は力率指令PF*が1よりも大きいか否かを判断する。大小の判断は例えば比較器を用いて行うことができる。他の大小の判断も同様である。
<Limiter>
FIG. 7 is a diagram schematically showing another example of the internal configuration of the voltage phase correction unit 33A. The voltage phase correction unit 33A of FIG. 7 is different from the voltage phase correction unit 33 of FIG. 4 in the internal configuration of the power factor correction unit 332. The voltage phase correction unit 33A in FIG. 7 further includes a limiter 3323. The power factor command PF* is input to the limiter 3323. Limiter 3323 determines whether power factor command PF* is greater than one. The judgment of the size can be made by using, for example, a comparator. The judgments of other sizes are the same.

力率指令PF*が1よりも大きいときには、リミッタ3323は力率指令PF*を1に設定して、力率指令PF*を演算部3331へと出力する。もし力率指令PF*が1を超える場合には、演算部3331による逆余弦値の算出が適切に行われない。図7の例では、力率指令PF*が1を超えるときにリミッタ3323が力率指令PF*を1に設定するので、演算部3331は電圧位相指令θv*を適切に算出することができる。 When the power factor command PF* is larger than 1, the limiter 3323 sets the power factor command PF* to 1 and outputs the power factor command PF* to the calculation unit 3331. If the power factor command PF* exceeds 1, the calculation of the inverse cosine value by the calculation unit 3331 is not performed properly. In the example of FIG. 7, since the limiter 3323 sets the power factor command PF* to 1 when the power factor command PF* exceeds 1, the calculation unit 3331 can appropriately calculate the voltage phase command θv*.

同様に、リミッタ3323は力率指令PF*が−1よりも大きいか否かを判断する。力率指令PF*が−1を下回るときには、力率指令PF*を−1に設定する。これにより、算出結果が−1を下回るときにも、演算部3331は電圧位相指令θv*を適切に算出することができる。 Similarly, limiter 3323 determines whether power factor command PF* is greater than -1. When the power factor command PF* is less than -1, the power factor command PF* is set to -1. As a result, even when the calculation result is less than -1, the calculation unit 3331 can appropriately calculate the voltage phase command θv*.

以上のように、当該力率指令PF*が−1を下回ったり、あるいは、1を超える場合であっても、電圧位相指令θv*が算出される。つまり、電圧位相指令θv**に対する補正が行われて電圧位相指令θv*が算出される。よって、このような場合にも、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を低減することができる。 As described above, the voltage phase command θv* is calculated even when the power factor command PF* is less than −1 or exceeds 1. That is, the voltage phase command θv** is corrected to calculate the voltage phase command θv*. Therefore, even in such a case, the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc can be reduced.

<補正値H>
上述のように、本実施の形態においては、制御回路3は、電力変換器2を制御して、負荷力率を脈動成分Vdchの増大(つまり電圧VLの低減)に応じて増大させる。具体的には、式(3)に例示するように、制御回路3は、脈動成分Vdchの増大に応じて増大する補正値(式(3)の右辺第2項)で負荷力率を変動させている。以下では、この補正値を補正値Hと呼ぶ。補正値Hは、式(3)においては、「−K・VL」で表される。
<Correction value H>
As described above, in the present embodiment, control circuit 3 controls power converter 2 to increase the load power factor in accordance with increase in pulsation component Vdch (that is, decrease in voltage VL). Specifically, as illustrated in the equation (3), the control circuit 3 changes the load power factor with a correction value (the second term on the right side of the equation (3)) that increases according to an increase in the pulsation component Vdch. ing. Hereinafter, this correction value is referred to as a correction value H. The correction value H is represented by “−K·VL” in the equation (3).

さて、式(8)から理解できるように、式(3)で表される補正を行うと、直流電流idcは電圧制御率Dおよび出力交流電流の実効値io_rmsの影響を受ける。以下では、式(8)の右辺の第2項を、電流についての補正値Hiと呼ぶ。つまり、負荷力率について補正値Hで補正を行うと、直流電流idcはおおよそ補正値Hiで補正されることになる。 As can be understood from the equation (8), when the correction represented by the equation (3) is performed, the DC current idc is affected by the voltage control rate D and the effective value io_rms of the output AC current. Hereinafter, the second term on the right side of the equation (8) will be referred to as a correction value Hi for the current. That is, when the load power factor is corrected with the correction value H, the DC current idc is corrected with the correction value Hi approximately.

この補正値Hiは、式(8)で示されるように、電圧制御率Dおよび実効値io_rmsに比例する。よって、電圧制御率Dおよび実効値io_rmsが小さいときには、補正値Hiの絶対値(補正量)が小さくなるので、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅の低減効果が小さくなる。電圧制御率Dおよび実効値io_rmsは、回転速度ωが大きいほど大きくなる傾向にあるので、回転速度ωが小さいときには、脈動成分Vdchの低減効果が小さくなる、ともいえる。そこで、電圧制御率Dまたは出力交流電流の実効値io_rmsの影響を低減することを企図する。 The correction value Hi is proportional to the voltage control rate D and the effective value io_rms, as shown in the equation (8). Therefore, when the voltage control rate D and the effective value io_rms are small, the absolute value (correction amount) of the correction value Hi becomes small, and the effect of reducing the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc becomes small. Since the voltage control rate D and the effective value io_rms tend to increase as the rotational speed ω increases, it can be said that the effect of reducing the pulsating component Vdch decreases when the rotational speed ω decreases. Therefore, it is intended to reduce the influence of the voltage control rate D or the effective value io_rms of the output AC current.

まず電圧制御率Dの影響を低減することを企図する。式(8)から理解できるように、補正値Hiは電圧制御率DおよびゲインKを因数として含む。そこで、このゲインKを、電圧制御率Dが小さいほど大きく設定する。つまり、電圧制御率Dが小さいほど補正値H(例えば、−K・VL)の絶対値が大きくなるように、補正値Hを算出する。 First, it is intended to reduce the influence of the voltage control rate D. As can be understood from the equation (8), the correction value Hi includes the voltage control rate D and the gain K as factors. Therefore, the gain K is set to be larger as the voltage control rate D is smaller. That is, the correction value H is calculated such that the absolute value of the correction value H (for example, −K·VL) increases as the voltage control rate D decreases.

これにより、補正値Hiにおいては、電圧制御率Dの低減による積D・Kの低減を抑制することができる。ひいては、補正値Hiの絶対値の低減を抑制することができる。より具体的な一例として、以下の式で示すように、ゲインKを電圧制御率Dの逆数で設定してもよい。 Thereby, in the correction value Hi, it is possible to suppress the reduction of the product D·K due to the reduction of the voltage control rate D. As a result, reduction of the absolute value of the correction value Hi can be suppressed. As a more specific example, the gain K may be set by the reciprocal of the voltage control rate D as shown in the following equation.

K=K’/D ・・・(10) K=K'/D (10)

ここで、K’は例えば予め設定された値である。式(10)を式(8)に代入すると、電圧制御率Dはキャンセルされる。よって、電圧制御率Dが変動しても、理想的には補正値Hiは変動しない。したがって、電圧制御率Dが低減しても、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅の低減効果を損なわない。 Here, K'is, for example, a preset value. Substituting equation (10) into equation (8) cancels the voltage control rate D. Therefore, even if the voltage control rate D changes, the correction value Hi ideally does not change. Therefore, even if the voltage control rate D is reduced, the effect of reducing the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc is not impaired.

次に、出力交流電流の実効値io_rmsの影響を低減することを企図する。式(8)から理解できるように、補正値Hiは実効値io_rmsおよびゲインKを因数として含む。そこで、ゲインKを、実効値io_rmsが小さいほど大きく設定してもよい。つまり、実効値io_rmsが小さいほど、換言すれば、出力交流電流の振幅が小さいほど、補正値Hの絶対値が大きくなるように、補正値Hを算出する。 Next, it is intended to reduce the influence of the effective value io_rms of the output alternating current. As can be understood from the equation (8), the correction value Hi includes the effective value io_rms and the gain K as factors. Therefore, the gain K may be set larger as the effective value io_rms is smaller. In other words, the correction value H is calculated such that the smaller the effective value io_rms, in other words, the smaller the amplitude of the output AC current, the larger the absolute value of the correction value H.

これにより、実効値io_rmsの低減による積io_rms・Kの低減を抑制できる。ひいては、補正値Hiの絶対値の低減を抑制することができる。より具体的な一例として、以下の式で示すように、ゲインKを実効値io_rmsの逆数で設定してもよい。 As a result, the reduction of the product io_rms·K due to the reduction of the effective value io_rms can be suppressed. As a result, reduction of the absolute value of the correction value Hi can be suppressed. As a more specific example, the gain K may be set to the reciprocal of the effective value io_rms as shown in the following equation.

K=K’/io_rms ・・・(11) K=K'/io_rms (11)

これにより、実効値io_rmsが変動しても、理想的には補正値Hiは変動しない。したがって、実効値io_rmsが低減しても、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの低減効果を損なわない。 Thereby, even if the effective value io_rms changes, the correction value Hi ideally does not change. Therefore, even if the effective value io_rms is reduced, the effect of reducing the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc is not impaired.

もちろん、ゲインKを、電圧制御率Dおよび実効値io_rmsの両方に基づいて設定してもよい。つまり、ゲインKを、電圧制御率Dが小さいほど大きく、かつ、実効値io_rmsが小さいほど大きく、設定してもよい。より具体的な一例として、以下の式で示すように、ゲインKを電圧制御率Dと実効値io_rmsとの積の逆数で設定してもよい。 Of course, the gain K may be set based on both the voltage control rate D and the effective value io_rms. That is, the gain K may be set to be larger as the voltage control rate D is smaller and larger as the effective value io_rms is smaller. As a more specific example, the gain K may be set to the reciprocal of the product of the voltage control rate D and the effective value io_rms, as shown in the following equation.

K=K’/(D・io_rms) ・・・(12) K=K'/(D.io_rms) (12)

これにより、電圧制御率Dおよび実効値io_rmsの各々が変動しても、理想的には補正値Hiは変動しない。したがって、電圧制御率Dおよび実効値io_rmsが低減しても、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの低減効果を損なわない。 Thereby, even if each of the voltage control rate D and the effective value io_rms changes, the correction value Hi ideally does not change. Therefore, even if the voltage control rate D and the effective value io_rms are reduced, the effect of reducing the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc is not impaired.

また式(8)を参照して、補正値Hiは、√(3/2)を係数として含んでいる。そこで、この係数もキャンセルすべく、√(3/2)の逆数でゲインKを設定してもよい。以下の式は、ゲインKの一例を示す。 Further, with reference to the equation (8), the correction value Hi includes √(3/2) as a coefficient. Therefore, in order to cancel this coefficient as well, the gain K may be set by the reciprocal of √(3/2). The following formula shows an example of the gain K.

K=√(2/3)・K’/(D・io_rms) ・・・(13) K=√(2/3)·K′/(D·io_rms) (13)

なお式(13)の√3は式(1)の√3に起因する。つまり、電力変換器2が三相交流電圧を出力する場合には、式(1)の√3が係数として存在し、電力変換器2が単相交流電圧を出力する場合には、この√3は存在しない。よって、この場合には、ゲインKとして以下の式を採用するとよい。 Note that √3 in the equation (13) is due to √3 in the equation (1). That is, when the power converter 2 outputs a three-phase AC voltage, √3 of the equation (1) exists as a coefficient, and when the power converter 2 outputs a single-phase AC voltage, this √3 Does not exist. Therefore, in this case, the following formula may be adopted as the gain K.

K=√2・K’/(D・io_rms) ・・・(14) K=√2·K′/(D·io_rms) (14)

図8は、電圧位相補正部33Bの内部構成の他の一例を概略的に示す図である。図8の電圧位相補正部33Bは、力率補正部332の内部構成という点で、図4の電圧位相補正部33と相違する。図8の電圧位相補正部33Bは、除算器3324,3325を更に備えている。除算器3324には、例えば、ゲインK’と電圧制御率Dとが入力される。除算器3324はゲインK’を電圧制御率Dで除算して、その結果(K’/D)を除算器3325へと出力する。除算器3325には、電流の実効値io_rmsも入力される。実効値io_rmsは電流iu,iv,iwまたは電流iq,idに基づいて算出される。除算器3325は、除算器3324の結果を実効値io_rmsで除算して、その結果(K’/D/io_rms)を乗算器3321へと出力する。 FIG. 8 is a diagram schematically showing another example of the internal configuration of the voltage phase correction unit 33B. The voltage phase correction unit 33B of FIG. 8 is different from the voltage phase correction unit 33 of FIG. 4 in the internal configuration of the power factor correction unit 332. The voltage phase correction unit 33B of FIG. 8 further includes dividers 3324 and 3325. The gain K′ and the voltage control rate D are input to the divider 3324, for example. The divider 3324 divides the gain K′ by the voltage control rate D, and outputs the result (K′/D) to the divider 3325. The effective value io_rms of the current is also input to the divider 3325. The effective value io_rms is calculated based on the currents iu, iv, iw or the currents iq, id. The divider 3325 divides the result of the divider 3324 by the effective value io_rms, and outputs the result (K′/D/io_rms) to the multiplier 3321.

なお、ゲインK’に対して、√(2/3)または√2を乗算する乗算器が設けられてもよい。 A multiplier that multiplies the gain K′ by √(2/3) or √2 may be provided.

<電圧VLの基準電位>
上述の例では、電圧VLの基準電位として、リアクトルL1のコンデンサC1側の一端の電位を採用した。しかるに、電圧VLの基準電位として、リアクトルL1の他端の電位を採用してもよい。この場合、電圧VLの極性が逆になるので、電圧VLは脈動成分Vdchと同相となる。この場合、制御回路3は、電圧VLの増大に応じて負荷力率が増大するように、電力変換器2を制御すればよい。具体的な一例として、式(3)の右辺第2項の「−」を「+」に置き換えればよい。
<Reference potential of voltage VL>
In the above example, the potential at one end of the reactor L1 on the side of the capacitor C1 is adopted as the reference potential of the voltage VL. However, the potential of the other end of the reactor L1 may be adopted as the reference potential of the voltage VL. In this case, since the polarity of the voltage VL is reversed, the voltage VL has the same phase as the pulsating component Vdch. In this case, the control circuit 3 may control the power converter 2 so that the load power factor increases as the voltage VL increases. As a specific example, “−” in the second term on the right side of Expression (3) may be replaced with “+”.

<座標系>
上述の例では、制御座標系における電圧位相指令θv**と電流位相θiとを用いて、力率指令PF**を算出した。しかるに、座標系は任意である。例えば、固定座標系における電圧位相指令と電流位相とを用いてもよい。具体的な一例について概説する。まず、電圧指令生成部31によって生成された電圧指令V*に対して座標変換を施して、固定座標系における電圧指令Vu**,Vv**,Vw**を算出する。そして、電圧指令Vu**,Vv**,Vw**に基づいて、その振幅指令と、固定座標系における電圧位相指令とを算出する。また、電流検出部5によって検出された電流iu,iv,iwに基づいて、固定座標系における電流位相を算出する。そして、これらの電圧位相指令と電流位相との差の余弦値を力率指令PF**として算出する。次に、力率指令PF**および電圧VLに基づいて、上述のように、力率指令PF*を算出し、その逆余弦値に電流位相を加算して、補正後の電圧位相指令を算出する。次に、補正後の電圧位相指令と、振幅指令とに基づいて、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を算出する。これによっても、電圧VLに応じて負荷力率が制御される。
<Coordinate system>
In the above example, the power factor command PF** is calculated using the voltage phase command θv** and the current phase θi in the control coordinate system. However, the coordinate system is arbitrary. For example, the voltage phase command and the current phase in the fixed coordinate system may be used. A specific example will be outlined. First, the voltage command V* generated by the voltage command generator 31 is subjected to coordinate conversion to calculate the voltage commands Vu**, Vv**, Vw** in the fixed coordinate system. Then, the amplitude command and the voltage phase command in the fixed coordinate system are calculated based on the voltage commands Vu**, Vv**, Vw**. Further, the current phase in the fixed coordinate system is calculated based on the currents iu, iv, iw detected by the current detector 5. Then, the cosine value of the difference between the voltage phase command and the current phase is calculated as the power factor command PF**. Next, based on the power factor command PF** and the voltage VL, as described above, the power factor command PF* is calculated, and the current phase is added to the arc cosine value thereof to calculate the corrected voltage phase command. To do. Next, the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* are calculated based on the corrected voltage phase command and the amplitude command. This also controls the load power factor according to the voltage VL.

<直流電圧Vdcの脈動成分Vdch>
上述の例では、電圧VLを用いて負荷力率を補正したものの、電圧VLは上述のように脈動成分Vdchに相当することから、脈動成分Vdchを用いて負荷力率を補正してもよい。図9は負荷駆動装置の構成の他の一例を概略的に示す図である。図9の負荷駆動装置は検出部4という点で図1の負荷駆動装置と相違する。図9の検出部4は電圧VLではなく直流電圧Vdcを検出する。そして、この検出部4は直流電圧Vdcからその脈動成分Vdchを抽出し、脈動成分Vdchを制御回路3へ出力する。
<Pulsation component Vdch of DC voltage Vdc>
In the above example, the load power factor is corrected using the voltage VL, but since the voltage VL corresponds to the pulsating component Vdch as described above, the load power factor may be corrected using the pulsating component Vdch. FIG. 9 is a diagram schematically showing another example of the configuration of the load driving device. The load driving device shown in FIG. 9 differs from the load driving device shown in FIG. The detection unit 4 in FIG. 9 detects the DC voltage Vdc instead of the voltage VL. Then, the detection unit 4 extracts the pulsating component Vdch from the DC voltage Vdc and outputs the pulsating component Vdch to the control circuit 3.

図10は検出部4の内部構成の一例を概略的に示している。例えば検出部4は高調波抽出部40を備えていてもよい。高調波抽出部40は直流電圧Vdcからその脈動成分Vdchを抽出する。高調波抽出部40は例えばローパスフィルタ41と減算器42とを備えている。ローパスフィルタ41には、直流電圧Vdcが入力される。ローパスフィルタ41は、直流電圧Vdcの少なくとも脈動成分Vdchを除去し、除去後の直流電圧Vdcを減算器42へと出力する。減算器42には、ローパスフィルタ41を経由しない直流電圧Vdcから、ローパスフィルタ41の出力を減算して、脈動成分Vdchを算出し、脈動成分Vdchを制御回路3へと出力する。 FIG. 10 schematically shows an example of the internal configuration of the detection unit 4. For example, the detection unit 4 may include the harmonic extraction unit 40. The harmonic extraction unit 40 extracts the pulsating component Vdch from the DC voltage Vdc. The harmonic extraction unit 40 includes, for example, a low pass filter 41 and a subtractor 42. The DC voltage Vdc is input to the low-pass filter 41. The low-pass filter 41 removes at least the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc, and outputs the removed DC voltage Vdc to the subtractor 42. The subtractor 42 subtracts the output of the low-pass filter 41 from the DC voltage Vdc that does not pass through the low-pass filter 41, calculates the pulsation component Vdch, and outputs the pulsation component Vdch to the control circuit 3.

なお検出部4は図10の構成に替えて、ハイパスフィルタを備えていてもよい。ハイパスフィルタは、直流電圧Vdcから脈動成分Vdchを抽出し、この脈動成分Vdchを制御回路3へと出力する。 The detection unit 4 may include a high-pass filter instead of the configuration of FIG. The high-pass filter extracts the pulsating component Vdch from the DC voltage Vdc and outputs this pulsating component Vdch to the control circuit 3.

制御回路3は、負荷力率が脈動成分Vdchの増大に応じて増大するように、電力変換器2を制御する。例えば、以下の式を用いて、負荷力率を補正する。 The control circuit 3 controls the power converter 2 so that the load power factor increases in accordance with the increase of the pulsating component Vdch. For example, the load power factor is corrected using the following formula.

cosθ2=cosθ1+K・Vdch ・・・(15) cos θ2=cos θ1+K·Vdch (15)

これによっても、直流電圧Vdcの脈動成分Vdchの振幅を低減することができる。 This also makes it possible to reduce the amplitude of the pulsating component Vdch of the DC voltage Vdc.

また検出部4におけるフィルタのカットオフ周波数を適宜に設定することで、除去対象となる成分を簡単に調整することができる。例えば、検出部4は、直流電圧Vdcの直流成分を除去し、その直流成分よりも高い脈動成分Vdch’を抽出してもよい。そして、制御回路3は、この脈動成分Vdch’の増大に応じて負荷力率を増大させるように、電力変換器2を制御してもよい。 Further, by appropriately setting the cutoff frequency of the filter in the detection unit 4, the component to be removed can be easily adjusted. For example, the detection unit 4 may remove the DC component of the DC voltage Vdc and extract the pulsation component Vdch′ higher than the DC component. Then, the control circuit 3 may control the power converter 2 so as to increase the load power factor according to the increase of the pulsating component Vdch'.

なお上述の例においては、高調波抽出部40は検出部4に設けられているものの、制御回路3に設けられていても構わない。 In the above example, the harmonic extraction unit 40 is provided in the detection unit 4, but it may be provided in the control circuit 3.

また、図1の検出部4によれば、直流電圧Vdcに対してフィルタを施す処理が不要であるので、処理を簡易にできる。言い換えれば、簡易に脈動成分Vdchを検出できる。 Further, according to the detection unit 4 of FIG. 1, the process of applying the filter to the DC voltage Vdc is not necessary, so that the process can be simplified. In other words, the pulsation component Vdch can be easily detected.

本負荷駆動装置および制御回路では、その発明の範囲内において、相互に矛盾しない限り、上記の種々の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present load drive device and control circuit, the various embodiments described above can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention as long as they do not contradict each other.

2 電力変換器
3 制御回路
4 検出部
5 電流検出部
C1 コンデンサ
L1 リアクトル
LH,LL 直流母線
M1 負荷
2 Power converter 3 Control circuit 4 Detector 5 Current detector C1 Capacitor L1 Reactor LH, LL DC bus M1 Load

Claims (6)

脈動成分(Vdch)を含む直流電圧(Vdc)が入力され、前記直流電圧を交流電圧に変換し、前記交流電圧を負荷(M1)に出力して、前記負荷に交流電流を流す電力変換器(2)を制御する装置であって、
前記脈動成分を検出する脈動成分検出部(4)と、
前記電力変換器を制御して、前記交流電圧と前記交流電流との位相差の余弦値である負荷力率を、前記脈動成分の瞬時値の増大に応じて増大させる制御回路(3)と
を備える、電力変換器の制御装置。
A DC voltage (Vdc) containing a pulsating component (Vdch) is input, the DC voltage is converted to an AC voltage, the AC voltage is output to a load (M1), and a power converter that flows an AC current to the load ( A device for controlling 2),
A pulsating component detection unit (4) for detecting the pulsating component,
By controlling the power converter, the load power factor, which is the cosine value of the phase difference between the AC voltage and the AC current, a control circuit (3) that increases in accordance with an increase in the instantaneous value of the pulsating component, A power converter control device comprising.
前記交流電流を検出する電流検出部(5)を備え、
前記制御回路(3)は、
前記負荷力率が前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて増大するように、前記交流電圧の電圧位相(θv)についての第1電圧位相指令(θv**)を、前記交流電流の電流位相(θi)および前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値に基づいて補正して、第2電圧位相指令(θv*)を生成し、
前記電力変換器(2)を制御するための制御信号(S)を、前記第2電圧位相指令に基づいて生成する、請求項1に記載の電力変換器の制御装置。
A current detection unit (5) for detecting the alternating current is provided,
The control circuit (3),
The first voltage phase command (θv**) for the voltage phase (θv) of the AC voltage is changed to the AC voltage so that the load power factor increases in accordance with the increase of the instantaneous value of the pulsating component (Vdch). Compensate based on the current phase of the current (θi) and the instantaneous value of the pulsating component (Vdch) to generate the second voltage phase command (θv*),
The control device for the power converter according to claim 1, wherein the control signal (S) for controlling the power converter (2) is generated based on the second voltage phase command.
前記制御回路(3)は、
前記第1電圧位相指令(θv**)と前記電流位相(θi)とに基づいて、前記負荷力率についての第1力率指令(PF**)を算出し、
前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて前記第1力率指令を増大させる補正を行って、第2力率指令(PF*)を算出し、
前記第2力率指令と前記電流位相とに基づいて前記第2電圧位相指令(θv*)を算出する、請求項2に記載の電力変換器の制御装置。
The control circuit (3),
Calculating a first power factor command (PF**) for the load power factor based on the first voltage phase command (θv**) and the current phase (θi),
The second power factor command (PF*) is calculated by performing correction to increase the first power factor command according to the increase of the instantaneous value of the pulsation component (Vdch),
The control device for the power converter according to claim 2, wherein the second voltage phase command (θv*) is calculated based on the second power factor command and the current phase.
前記制御回路(3)は、
前記第2力率指令(PF*)が1を超える場合には、前記第2力率指令を1に設定し、
および/または、
前記第2力率指令が−1を下回る場合には、前記第2力率指令を−1に設定する、請求項3に記載の電力変換器の制御装置。
The control circuit (3),
If the second power factor command (PF*) exceeds 1, set the second power factor command to 1,
And/or
The control device for a power converter according to claim 3, wherein the second power factor command is set to -1 when the second power factor command is less than -1.
前記制御回路(3)は、
前記脈動成分(Vdch)の前記瞬時値の増大に応じて増大する補正値(H)で前記負荷力率を変動させ、
前記直流電圧(Vdc)に対する前記交流電圧の振幅(Vm)の比または前記交流電流の振幅が小さいほど、前記補正値の絶対値が大きくなるように、前記補正値を算出する、請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の電力変換器の制御装置。
The control circuit (3),
Varying the load power factor with a correction value (H) that increases in accordance with an increase in the instantaneous value of the pulsation component (Vdch),
The correction value is calculated such that the absolute value of the correction value increases as the ratio of the amplitude (Vm) of the AC voltage to the DC voltage (Vdc) or the amplitude of the AC current decreases. The control device for the power converter according to claim 4.
相互間に前記直流電圧(Vdc)が印加される第1直流母線(LH)および第2直流母線(LL)が、前記電力変換器(2)に接続され、
前記第1直流母線と前記第2直流母線との間には、コンデンサ(C1)が接続され、
前記コンデンサに対して前記電力変換器(2)とは反対側で、前記第1直流母線または前記第2直流母線の上には、リアクトル(L1)が設けられており、
前記脈動成分検出部(4)は、前記コンデンサ側の前記リアクトルの一端の電位を基準電位とした前記リアクトルの電圧(VL)を、前記脈動成分(Vdch)の逆相として検出し、または、前記リアクトルの他端の電位を基準電位とした前記リアクトルの電圧を、前記脈動成分として検出する、請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の電力変換器の制御装置。
A first direct current bus (LH) and a second direct current bus (LL) to which the direct current voltage (Vdc) is applied to each other are connected to the power converter (2),
A capacitor (C1) is connected between the first DC busbar and the second DC busbar,
A reactor (L1) is provided on the side opposite to the power converter (2) with respect to the capacitor, on the first DC bus or the second DC bus.
The pulsating component detection unit (4), the voltage of the reactor with the potential of one end of the reactor on the side of the capacitor as a reference potential (VL) is detected as a reverse phase of the pulsating component (Vdch), or, The control device for a power converter according to claim 1, wherein a voltage of the reactor having a potential of the other end of the reactor as a reference potential is detected as the pulsating component.
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