JP7491814B2 - Ac-acコンバータ - Google Patents
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Description
図1および2は、第1の実施の形態に係るAC-ACコンバータ1の機能ブロック図である。AC-ACコンバータ1は、単相整流回路モジュール11、12、13と、インバータ回路モジュール21、22、23と、制御部31、32、33と、を備える。すなわち、AC-ACコンバータ1の整流回路は、単相整流回路モジュール11、12、13でモジュール化されている。またAC-ACコンバータ1のインバータ回路は、インバータ回路モジュール21、22、23でモジュール化されている。単相整流回路モジュール11、12、13の各々は例えば、スイッチング素子を用いて構成された単相ブリッジ回路であり、2つの入力端子と2つの出力端子とを備える。インバータ回路モジュール21、22、23の各々は例えば、スイッチング素子を用いて構成された3相ブリッジ回路であり、2つの入力端子と3つの出力端子とを備える。このようにAC-ACコンバータ1では、整流回路とインバータ回路の両方がモジュール化されているため、モータ駆動システム全体を小型かつ高密度に構成することができる。
図5および6は、第2の実施の形態に係るAC-ACコンバータ2の機能ブロック図である。AC-ACコンバータ2は、図1および2のAC-ACコンバータ1の構成に追加して、切替部50を備える。AC-ACコンバータ2のその他の構成はAC-ACコンバータ1と同じであるので、重複する説明は省く。
図7の上段は、デルタ結線時およびスター結線時における、電源電圧vGに対する整流器入力電圧vRのグラフである。ただし横軸の電源電圧は、DCリンク電圧の最大値vdc,maxに対する比vG/vdc,maxを用いて表す(以下同様)。図7の中段は、デルタ結線時およびスター結線時における、電源電圧vGに対する変調率MRのグラフである。ここで変調率MRは、整流器入力ピーク電圧vRとDCリンク電圧vdcとの比として定義する。すなわち、
MR=vR/vdc
である。図7の下段は、デルタ結線時およびスター結線時における、電源電圧vGに対する整流器入力電流iRのグラフである。
vR,D=√3vG
である。
従ってデルタ結線時の変調率MR,Dは、
MR,D=√3vG/vdc
となる。
vR,Y=vG
である。変調率MR,Yは、
MR,Y=vG/vdc
となる。
第4の実施の形態では、制御部31、32、33は、DC電圧を一定とし、3相AC電源から入力される3相入力電流と3相AC入力電圧との位相が一致するように、単相整流回路モジュール11、12、13および前記インバータ回路モジュール21、22、23を構成するスイッチング素子を制御する。
第5の実施の形態では、制御部31、32、33は、前記DCリンク電圧と目標リンク電圧との差を基に目標キャパシタ電力を計算し、目標DC電力から前記目標キャパシタ電力を引くことにより目標モータ電力を計算し、目標キャパシタ電力と目標モータ電力を基に、3相AC入力電圧に関する3相AC電力およびDC電圧に関するDC電力の脈動を吸収するように、単相整流回路モジュール11、12、13およびインバータ回路モジュール21、22、23を構成するスイッチング素子を制御する。この実施の形態によれば、大容量のDCリンクキャパシタを用いることなく、電力脈動を吸収することができる。
第6の実施の形態では、各単相整流回路モジュール11、12、13の後段にそれぞれ設けられたDCリンクvdc1、vdc2、vdc3は、コンデンサを備える。これらのコンデンサは、3相AC入力電圧に関する3相AC電力およびDC電圧に関するDC電力の脈動を吸収する。
第7の実施の形態では、制御部31、32、33はそれぞれ、3相AC電源からの入力電力が、すべての単相整流回路モジュール11、12、13に均等に配分されるように、単相整流回路モジュール11、12、13およびインバータ回路モジュール21、22、23を構成するスイッチング素子を制御する。すなわち単相整流回路モジュール11、12、13は、インバータ回路モジュール21、22、23に、均等に1/3ずつ3相AC出力電力を出力する。この場合、3相モータの巻線WS1、WS2、WS3には同じ大きさの電力が均等に供給されるため、モータはスムーズに駆動される。
第8の実施の形態では、制御部31、32、33はそれぞれ、3相AC電源からの入力電力が、異なる比率で単相整流回路モジュール11、12、13に配分されるように、単相整流回路モジュール11、12、13およびインバータ回路モジュール21、22、23を構成するスイッチング素子を制御する。例えば制御部は31、32、33は、各相のモータ駆動効率を計算し、最も効率的にモータを駆動できるような電力配分を求めてもよい。この結果、例えば、単相整流回路モジュール11、12、13にそれぞれ入力電力の50%、30%、20%が配分される、あるいはそれぞれ50%、30%、0%が配分される(この場合は、U相およびV相のモジュールには均等に配分され、W相のモジュールは停止する)といった具合である。
第9の実施の形態では、制御部31、32、33は、3相AC電源の各相の電源電圧を算出し、電源電圧の高い相に相当する単相整流回路モジュールに配分される電力量の方が、電源電圧の低い相に相当する単相整流回路モジュールに配分される電力量より大きくなるように、単相整流回路モジュール11、12、13および前記インバータ回路モジュール21、22、23を構成するスイッチング素子を制御する。これは、電源電圧の各相間に不均衡が存在する場合に、電源電圧の高い相に相当する負荷に対してより多くの電力を供給することにより、当該不均衡を補償するものである。これにより、電源電圧の各相間に不均衡があった場合にも、最適な効率でモータを駆動することができる。
11、12、13・・単相整流回路モジュール、
21、22、23・・インバータ回路モジュール、
31、32、33・・制御部、
50・・制御部。
Claims (11)
- 3相AC電源から供給される3相AC入力電圧の各相のAC電圧をDC電圧に変換する3の倍数個の単相整流回路モジュールであって、前記3の倍数個の単相整流海流モジュールのそれぞれは、デルタ結線またはスター結線を用いて互いに接続される、前記3の倍数個の単相整流回路モジュールと、
前記DC電圧を3相AC出力電圧に変換する前記単相整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールと、
前記3の倍数個の単相整流回路モジュールのいずれかが故障したとき、残りの前記単相整流回路モジュールおよび当該単相整流回路モジュールに接続された前記インバータ回路モジュールが均等に3相AC出力電力を出力するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する制御部とを備えるAC-ACコンバータ。 - 前記単相整流回路モジュールの前記デルタ結線と前記スター結線とを切り替える切替部を備える請求項1に記載のAC-ACコンバータ。
- 前記3相AC電源の電源電圧と前記単相整流回路モジュールの後段に設けられた直流結合段であるDCリンクのDCリンク電圧の最大値との比をRとしたとき、
前記切替部は、前記Rが所定の値より小さいとき前記単相整流回路モジュールをデルタ結線に切替え、前記Rが前記所定の値以上のとき前記単相整流回路モジュールをスター結線に切替える請求項2に記載のAC-ACコンバータ。 - 前記Rの値は1/√3±5%の範囲内にある請求項3に記載のAC-ACコンバータ。
- 前記Rの値は1/√3である請求項4に記載のAC-ACコンバータ。
- 前記制御部は、前記DC電圧を一定とし、前記3相AC電源から入力される3相入力電流と前記3相AC入力電圧との位相が一致するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から5のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
- 前記制御部は、DCリンク電圧と目標リンク電圧との差を基に目標キャパシタ電力を計算し、目標DC電力から前記目標キャパシタ電力を引くことにより外部のモータに電力を出力するための目標モータ電力を計算し、前記目標キャパシタ電力と前記目標モータ電力を基に、前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を外部のモータの負荷を用いて吸収するように、前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項6に記載のAC-ACコンバータ。
- DCリンクはコンデンサを備え、
前記コンデンサは、前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を吸収する請求項7に記載のAC-ACコンバータ。 - 前記制御部は、前記3相AC電源からの入力電力がすべての前記単相整流回路モジュールに均等に配分されるように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から8のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
- 前記制御部は、前記3相AC電源からの入力電力が異なる比率で前記単相整流回路モジュールに配分するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から8のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
- 前記制御部は、前記3相AC電源の各相の電源電圧を算出し、電源電圧の高い相に相当する前記単相整流回路モジュールに配分される電力量の方が、電源電圧の低い相に相当する前記単相整流回路モジュールに配分される電力量より大きくなるように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から8のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
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