JPWO2016031030A1 - 電力変換装置および車両駆動システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示す図である。同図に示すように、実施の形態1の電力変換装置は、例えば交流電動機である交流負荷1を駆動するための構成として、電力変換部2、直流電力源3、制御部20および電圧検出部10を有する。また、制御部20はスイッチング信号生成部4および変調率演算部8を有し、スイッチング信号生成部4は、搬送波生成部5、変調波生成部6および比較部7を有して構成される。なお、図1では、スイッチング信号生成部4は、搬送波生成部5および変調波生成部6を内包するように構成しているが、スイッチング信号生成部4の外部に搬送波生成部5および変調波生成部6が設けられる構成であってもよい。また、電力変換部2と制御部20とを組み合わせて一つの電力変換装置となる。
横軸、縦軸、L3、L4に囲まれた領域であり、非同期の搬送波を使用した非同期モードによって制御される。
(2.2)非同期過変調PWM領域(領域R2)
縦軸、L3、L4に囲まれた領域であり、当該領域へと逸脱して動作することはないように制御される非動作領域となる。
(2.3)同期変調PWM領域(領域R3)
横軸、L3、L4に囲まれた領域であり、再起動およびノッチオフの際に動作する領域である。
(2.4)同期変調PWM領域(領域R4)
L3、L4に囲まれた領域であり、同期搬送波を使用した変調PWM制御を行う。
=(π/√(6))×√(Vd2+Vq2)/EFC …(3)
直流電圧入力の上位側電位を選択する信号
(b)変調波<搬送波である期間
直流電圧入力の下位側電位を選択する信号
PMF=(π/√(6))×|V*|/EFC …(2)
=Nover/Nca×(π/2)[rad] …(4)
Nover:過変調時の出力パルス数
Nca:変調波1周期における搬送波の波数
αv=Av×sin(θv)
αw=Aw×sin(θw) …(5)
・変調率:70%(第2のモード切替変調率PMF2)以下
・モード選択コードmodeCD=0
(b)変調モード:過変調同期17パルスモード
・変調率:70%超、且つ、84%以下
・モード選択コードmodeCD=1
(c)変調モード:過変調同期13パルスモード
・変調率:84%超、且つ、92%以下
・モード選択コードmodeCD=2
(d)変調モード:過変調同期9パルスモード
・変調率:92%超、且つ、97%以下
・モード選択コードmodeCD=3
(e)変調モード:過変調同期5パルスモード
・変調率:97%超
・モード選択コードmodeCD=4
θu’=180°−θu(90°≦θu<180°)
θu’=θu−180°(180°≦θu<270°)
θu’=360°−θu(270°≦θu<360°) …(6)
・1周期のパルス数:27パルス
・各相の90°、270°を中心に削除するパルス数:なし
・特定位相θs:なし、もしくはπ/2[rad]
(b)過変調同期17パルスモード(Mode17p)
・搬送波周期:同期27パルスモードの周期に同じ
・1周期のパルス数:17パルス
・各相の90°、270°を中心に削除するパルス数:5パルスずつ
・特定位相θs=17π/54[rad]
(c)過変調同期13パルスモード(Mode13p)
・搬送波周期:同期27パルスモードの周期に同じ
・1周期のパルス数:13パルス
・各相の90°、270°を中心に削除するパルス数:7パルスずつ
・特定位相θs=13π/54[rad]
(d)過変調同期9パルスモード(Mode9p)
・搬送波周期:同期27パルスモードの周期に同じ
・1周期のパルス数:9パルス
・各相の90°、270°を中心に削除するパルス数:9パルスずつ
・特定位相θs=9π/54[rad]
(e)過変調同期5パルスモード(Mode5p)
・搬送波周期:同期27パルスモードの周期に同じ
・1周期のパルス数:5パルス
・各相の90°、270°を中心に削除するパルス数:11パルスずつ
・特定位相θs=5π/54[rad]
実施の形態2では、実施の形態1で説明した電力変換装置を適用した車両駆動システムについて説明する。
実施の形態3では、変調波に基本波の3n次(nは正の整数)の高調波を重畳させる形態について説明する。本実施の形態では、変調波の算出方法、過変調モードの開始時点、および過変調モードの下限変調率の点で上述した実施の形態1と相違するため、以下当該相違点について説明する。
αv=Av×{sin(θv)+(1/6)×sin(3θv)}
αw=Aw×{sin(θw)+(1/6)×sin(3θw)} …(8)
Claims (16)
- スイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧指令と同期した変調波を生成する変調波生成部および前記変調波よりも周波数が高い搬送波を出力する搬送波生成部を有し、前記変調波と前記搬送波とを比較することで前記スイッチング素子を駆動するスイッチング信号を出力することで前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記電力変換部は、直流電力を交流電力に変換する際の変調率がπ/4未満のモード切替変調率以上の場合、出力電圧指令が正となる期間であり前記出力電圧指令の正のピーク値となるタイミングを含む第1の期間において前記搬送波の一周期よりも長い期間前記スイッチング素子のスイッチングが停止する過変調モードで前記直流電力を前記交流電力に変換することを特徴とする電力変換装置。 - スイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧指令と同期した変調波を生成する変調波生成部と前記変調波よりも周波数が高い搬送波を出力する搬送波生成部とを有し、前記変調波と前記搬送波とを比較することで前記スイッチング素子を駆動するスイッチング信号を出力することで前記電力変換部を制御する制御部とを備え、
前記電力変換部は、直流電力を交流電力に変換する際の変調率がπ/√(12)未満のモード切替変調率未満の場合、3n(nは正の整数)次高調波が重畳された交流電圧を出力し、
前記変調率が前記モード切替変調率以上の場合、出力電圧指令が正となる期間であり前記出力電圧指令の正のピーク値となるタイミングを含む第1の期間において前記搬送波の一周期よりも長い期間前記スイッチング素子のスイッチングが停止する過変調モードで前記直流電力を前記交流電力に変換する、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記電力変換部は、前記過変調モードにおいて前記出力電圧指令が負となる期間であり前記出力電圧指令の負のピーク値となるタイミングを含む第2の期間においても前記搬送波の一周期よりも長い期間前記スイッチング素子のスイッチングが停止する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記変調波生成部は、前記第1の期間および前記第2の期間以外の期間である第3の期間では、前記変調波の値を前記電力変換部の出力電圧の絶対値が小さくなるように補正することを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部は、前記過変調モードにおいて前記変調率が増加するに連れて、交流出力電圧の1周期における前記第1の期間の割合を段階的に増加させることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部は、前記過変調モードにおいて前記変調率が増加するに連れて前記交流電圧の1周期に含まれる前記スイッチング素子のスイッチング回数を4の倍数ずつ減少することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記変調波生成部は、前記変調率が増減するに連れて、前記変調波の値を補正する補正量を、前記電力変換部の出力電圧の絶対値の減少量が大きくなるように増減させることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記変調波生成部は、
前記変調率に基づいてPWMモードを識別するためのモード選択コードを生成するモード選択部と、
前記PWMモードに応じた補正係数が記憶され、前記モード選択コードに応じた補正係数を選択する補正係数選択部と、
を備え、
前記補正係数選択部が選択した補正係数に従って前記変調率を補正することで前記変調波の値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記変調波生成部は、
前記変調率に基づいてPWMモードを識別するためのモード選択コードを生成するモード選択部と、
前記PWMモードに応じた特定位相が記憶され、前記モード選択コードに応じた特定位相を選択する特定位相選択部と、
を備え、
前記特定位相選択部が選択した特定位相に従って前記変調波を生成することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記搬送波は、前記変調波に対して同期していることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記出力電圧指令が正となった際の最初の搬送波のパルスが負の場合には、前記第1の期間に含まれる搬送波の最大値点の個数が奇数であり、前記出力電圧指令が正となった際の最初の搬送波のパルスが正の場合には前記第1の期間に含まれる搬送波の最大値点の個数が偶数であることを特徴とする請求項10に記載の電力変換装置。
- 前記変調波と前記搬送波とによって生成される変調波が、三相変調波であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記モード切替変調率は、前記スイッチング素子の最小パルス幅と前記搬送波の周波数とによって定まる下限変調率以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換器に具備されるスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体にて形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項14に記載の電力変換装置。
- 請求項1または2に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置への入力電力を生成する入力回路と、
前記電力変換装置によって駆動される電動機と、
を備えたことを特徴とする車両駆動システム。
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