KR101310465B1

KR101310465B1 - 교류/직류 변환 장치

Info

Publication number: KR101310465B1
Application number: KR1020127023345A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 후지타
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2013-09-24
Also published as: CN102804582B; AU2011236324A1; US20130016538A1; EP2557677A4; JP4780234B1; WO2011125448A1; EP2557677A1; CN102804582A; AU2011236324B2; EP2557677B1; US8879288B2; JP2011223712A; ES2593411T3; KR20120115578A

Abstract

지령치와 캐리어의 비교를 적게 하여 전류형 컨버터의 제어를 행한다. 지령치(I^*)는 3상 전압(Vr, Vs, Vt)의 주기의 1/3의 주기를 가지는 삼각파형상의 전류 지령치이다. 캐리어(C1)는, 지령치(I^*)의 주기보다도 짧은 주기를 가지는 삼각파형상의 파형을 나타낸다. 비교 결과 신호(Ka, Kb)는, 캐리어(C1)와 지령치(I^*)를 비교한 결과를 나타내는 펄스 신호이다. 위상 30∼90도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbrp)을 게이트 신호(Srp^*)로서 채용한다. 위상 270∼330도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Karp)을 게이트 신호(Srp^*)로서 채용한다.

Description

교류/직류 변환 장치{ＡＣ―ＤＣ CONVERTER DEVICE}

본 발명은 다상의 교류를 직류로 변환하는 교류/직류 변환 장치에 관한 것이다. 당해 교류/직류 변환 장치는 직류/교류 변환 장치와 조합하여, 예를 들면 직류 링크부에 전력 축적 수단을 가지지 않는 직접형 전력 변환 장치를 구성한다.

직접형 전력 변환 장치로서, 전류형 컨버터와 전압형 인버터를 조합한 구성이 공지이다. 여기에서 예를 들면 전류형 컨버터는, 단순한 다이오드 브릿지와 같이 그 전류(轉流)가 입력 전압에만 의존하는 것이 아니라, 외부로부터의 제어에 의해 도통/비도통이 제어되는 액티브 컨버터가 채용된다. 이러한 구성은 특허문헌 1 내지 4에 개시된다. 또한, 선 전류의 통류비를 사다리꼴파형상으로 제어하는 기술을 개시하는 비특허 문헌 1이 있다.

일본국 특허 제4135026호 공보 일본국 특허 제4135027호 공보 일본국 특허 제4270316호 공보 일본국 특허 제4301336호 공보

Lixiang Wei, Thomas. A Lipo, 「A Novel Matrix Converter Topology With Simple Commutation」, IEEE IAS 2001, vol. 3, pp1749-1754.2001

특허문헌 1에서는 3상의 전류형 컨버터를 제어하는데 있어서, 일단은 사다리꼴파형상의 전압 지령 신호를 3개 생성한다. 그리고 이들 전압 지령 신호를 펄스폭 변조용 캐리어와 비교한 결과를, 전류형 컨버터의 제어용으로 논리 변환하고 있다. 따라서 전류 컨버터의 제어에는 3상분의 비교와, 3상분 또한 컨버터의 상하 아암의 스위칭 제어용으로 합계 6종의 논리 변환이 필요하다.

특허문헌 2에서는 3상의 전류형 컨버터를 제어하는데 있어, 사다리꼴파형상의 전류 지령 신호를 12개 생성한다. 그리고 이들과 2종의 캐리어의 비교를 행하여, 6종의 논리합을 취함으로써, 스위칭 제어용으로 6개의 신호를 얻는다.

이와 같이 종래의 기술에서는 지령치와 캐리어의 비교가 많이 되고 있다. 여기서 본원에서는 지령치와 캐리어의 비교를 적게 하여 전류형 컨버터의 제어를 행하는 기술을 제공한다.

본 발명에 관한 교류/직류 변환 장치는, 제1 내지 제3의 입력단(Pr, Ps, Pt)과, 제1 및 제2의 직류 전원선(LH, LL)과, 제1 내지 제6의 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp, Srn, Ssn, Stn)를 포함하는 전류형의 액티브 컨버터(1)와, 제어 회로(3)를 구비한다.

상기 제1 내지 제3의 입력단(Pr, Ps, Pt)에는, 3상 전압을 형성하는 제1 내지 제3의 상 전압(Vr, Vs, Vt)이 각각 입력된다.

상기 액티브 컨버터는, 제1 및 제2의 직류 전원선의 사이에, 상기 제2의 직류 전원선측보다도 상기 제1의 직류 전원선의 쪽이 전위가 높은 정류 전압(Vdc)을 출력한다.

상기 제1 내지 제3의 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)는, 상기 제1 내지 제3의 입력단의 각각과 상기 제1의 직류 전원선의 사이에 접속된다.

상기 제4 내지 제6의 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)는, 상기 제1 내지 제3의 입력단의 각각과 상기 제2의 직류 전원선의 사이에 접속된다.

상기 제어 회로(3)는, 상기 제1 내지 제6의 스위치 소자의 도통/비도통을 제어하는 제1 내지 제6의 제어 신호(Srp^*, Ssp^*, Stp^*, Srn^*, Ssn^*, Stn^*)를 생성한다.

그리고 상기 제1 내지 제3의 스위치는, 자신으로부터 상기 제1의 직류 전원선을 향해서만 전류를 흐르게 한다. 또한, 상기 제4 내지 제6의 스위치는, 상기 제2의 직류 전원선으로부터 자신을 향해서만 전류를 흐르게 한다.

본 발명에 관한 교류/직류 변환 장치의 제1의 양태에서는, 상기 제어 회로는, 지령 신호 생성부(11)와, 비교부(12)와, 비교 결과 신호 할당부(14; 13, 16, 17)를 가진다.

상기 지령 신호 생성부(11)는, 상기 3상 전압과 동기하는 동기 신호(Vp)로부터, 상기 3상 전압 주기의 1/3의 주기를 가지는 삼각파형상의 전류 지령치(I^*)를 생성한다.

상기 비교부(12)는, 상기 전류 지령치의 주기보다도 짧은 주기를 가지는 삼각파형상의 캐리어(C1)와 상기 전류 지령치를 비교한 결과를, 상보적인 제1 및 제2의 비교 결과 신호(Ka, Kb)로서 출력한다.

상기 비교 결과 신호 할당부(14)는, 상기 제1 및 제2의 비교 결과 신호를 입력하여, 상기 제1 내지 제6의 제어 신호를 생성한다.

상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제1의 상 전압(Vr)이 최대치를 취하고 나서 상기 3상 전압의 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbrp), 및 상기 제1의 상 전압이 최소값을 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Karp)를 상기 제1의 제어 신호(Srp^*)로서 출력한다.

또한, 상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Karn), 및 상기 제1의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbrn)를 상기 제4의 제어 신호(Srn^*)로서 출력한다.

또한 상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제2의 상 전압(Vs)이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbsp), 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Kasp)를 상기 제2의 제어 신호(Ssp^*)로서 출력한다.

또한 상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Kasn), 및 상기 제2의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbsn)를 상기 제5의 제어 신호(Ssn^*)로서 출력한다.

또한 상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제3의 상 전압(Vt)이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbtp), 및 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Katp)를 상기 제3의 제어 신호(Stp^*)로서 출력한다.

또한 상기 비교 결과 신호 할당부는, 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Katn), 및 상기 제3의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에 있어서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbtn)를 상기 제6의 제어 신호(Stn^*)로서 출력한다.

본 발명에 관련된 교류/직류 변환 장치의 제2의 양태는, 그 제1의 양태에 있어서, 상기 비교 결과 신호 할당부(14; 13, 16, 17)는, 상승/하강 신호 생성부(17)와, 피크 범위 신호 생성부(16)와, 논리곱/논리합 연산부(13)를 가진다.

상기 상승/하강 신호 생성부(17)는, 상기 동기 신호(Vp)로부터, 상기 제1 내지 제3의 상 전압이 각각 상승하는 기간에서 활성화하는 제1 내지 제3의 상승 신호(Cra, Csa, Cta) 및, 상기 제1 내지 제3의 상 전압이 각각 하강하는 기간에서 활성화하는 제1 내지 제3의 하강 신호(Crb, Csb, Ctb)를 생성한다.

상기 피크 범위 신호 생성부(16)는, 상기 동기 신호로부터 제1 내지 제6의 피크 범위 신호를 생성한다.

상기 논리곱/논리합 연산부(13)는, 상기 제1 내지 상기 제6의 피크 범위 신호, 상기 제1 내지 제3의 상승 신호, 상기 제1 내지 제3의 하강 신호, 및 상기 제1 및 제2의 비교 결과 신호(Ka, Kb)를 이용한 논리곱 연산 및 논리합 연산을 행하고, 상기 제1 내지 제6의 제어 신호(Srp^*, Ssp^*, Stp^*, Srn^*, Ssn^*, Stn^*)를 생성한다.

단 상기 제1 피크 범위 신호(rp)는 상기 제1의 상 전압(Vr)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간 및 상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

또한 상기 제2 피크 범위 신호(rn)는 상기 제1의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간 및 상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

또한 상기 제3 피크 범위 신호(sp)는 상기 제2의 상 전압(Vs)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

또한 상기 제4 피크 범위 신호(sn)는 상기 제2의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

또한 상기 제5 피크 범위 신호(tp)는 상기 제3의 상 전압(Vt)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간과, 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

또한 상기 제6 피크 범위 신호(tn)는 상기 제3의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간과, 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에 있어서만 활성화한다.

본 발명에 관련된 교류/직류 변환 장치의 제3의 양태는, 그 제1 또는 제2의 양태에 있어서, 상기 전류 지령치는, 상기 위상 60도분의 구간에서 상승하는 상승 파형과, 상기 위상 60도분의 구간에서 하강하는 하강 파형을 반복하여 취한다. 상기 캐리어의 최소치 및 최대치를 각각 m, M으로 하면, 상기 상승 파형은, 상기 상승 파형이 상승을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ에 대하여, 값((m＋M)＋

·(M－m)·tan(φ－π/6))/2를 취한다. 또한, 상기 하강 파형은, 상기 하강 파형이 하강을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ에 대하여, 값((m＋M)－

·(M－m)·tan(φ－π/6))/2를 취한다.

본 발명에 관한 교류/직류 변환 장치의 제1의 양태에 의하면, 종래의, 전류형의 액티브 컨버터를 구비하는 교류/직류 변환 장치와 비교하여, 캐리어와 비교해야 할 지령치를 적게 할 수 있다.

본 발명에 관한 교류/직류 변환 장치의 제2의 양태에 의하면, 비교 결과 신호 할당부를 간단히 구성할 수 있다.

본 발명에 관한 교류/직류 변환 장치의 제3의 양태에 의하면, 입력 전류를 정현파형상으로 하여, 고주파의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 더욱 명백하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 교류/직류 변환 장치의 제어를 행하는 제어 회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 교류/직류 변환 장치를 이용한 교류/교류 변환 장치의 회로도이다.
도 3은 교류/직류 변환 장치에 채용되는 스위치 소자의 구성을 예시하는 회로도이다.
도 4는 직류/교류 변환 장치에 채용되는 스위치 소자의 구성을 예시하는 회로도이다.
도 5는 교류/직류 변환 장치에 있어서의 제원(諸元)의 거동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다.
도 7은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다.
도 8은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다.
도 9는 캐리어와 지령치의 비교를 나타내는 그래프이다.
도 10은 신호파와 캐리어의 비교에 의해 얻어지는 펄스열을 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 실시의 형태에 관련된 교류/직류 변환 장치(1)를 이용한 교류/교류 변환 장치의 회로도이다. 교류/직류 변환 장치(1)는 직류/교류 변환 장치(2)와 함께 직접형 전력 변환 장치를 구성한다.

교류/직류 변환 장치(1)와 직류/교류 변환 장치(2)는, 한 쌍의 직류 전원선(LH, LL)에 의해 접속되어 있다. 교류/직류 변환 장치(1)의 입력단(Pr, Ps, Pt)은 각각 상방 아암측의 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)를 통하여 직류 전원선(LH)에 접속된다. 또한, 입력단(Pr, Ps, Pt)은 각각 하방 아암측의 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)를 통하여 직류 전원선(LL)에 접속된다. 교류/직류 변환 장치(1)의 입력단(Pr, Ps, Pt)에는, 도시하지 않은 전원으로부터 3상 교번 전압(Vr, Vs, Vt)이 인가된다. 교류/직류 변환 장치(1)는 교번 전압인 상 전압(Vr, Vs, Vt)을 정류하고, 직류 전원선(LL, LH)의 사이에, 직류 전원선(LL)측보다도 직류 전원선(LH)의 쪽이 전위가 높은 정류 전압(Vdc)을 출력한다.

직류/교류 변환 장치(2)의 출력단(Pu, Pv, Pw)은 각각 상방 아암측의 스위치 소자(Sup, Svp, Swp)를 통하여 직류 전원선(LH)에 접속된다. 또한, 출력단(Pu, Pv, Pw)은 각각 하방 아암측의 스위치 소자(Sun, Svn, Swn)를 통하여 직류 전원선(LL)에 접속된다. 직류/교류 변환 장치(2)의 출력단(Pu, Pv, Pw)에서는 3상 교번 전압이 출력된다.

교류/직류 변환 장치(1)는 전류형의 액티브 컨버터이며, 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)는 자신으로부터 직류 전원선(LH)을 향해서만 전류를 흐르게 하고, 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)는 직류 전원선(LL)으로부터 자신을 향해서만 전류를 흐르게 한다.

도 3은 교류/직류 변환 장치(1)에 채용되는 스위치 소자의 구성을 예시하는 회로도이다. 교류/직류 변환 장치(1)에 채용되는 스위치 소자는 동 도면(a)과 같이 고속 다이오드와 IGBT를 서로 직렬 접속한 구성으로 할 수 있다. 혹은 동 도면(b)과 같이 역저지 IGBT를 채용할 수 있다. 여기서 문자 x는 문자 r, s, t를 대표한다.

직류/교류 변환 장치(2)는 전압형의 인버터이고, 이에 채용되는 스위치 소자의 구성을 도 4에 예시한다. 직류/교류 변환 장치(2)에 채용되는 스위치 소자는 예를 들면 환류 다이오드가 붙은 IGBT를 채용할 수 있다. 문자 y는 문자 u, v, w를 대표한다. 출력단(Pu, Pv, Pw)끼리의 단락을 막기 위해서, 직류/교류 변환 장치(2)의 아암측의 스위치 소자(Sup, Svp, Swp) 및 하방 아암측의 스위치 소자(Sun, Svn, Swn)는 각각 택일적으로 도통한다. 또한, 직류 전원선(LH, LL)끼리의 단락을 막기 위해서, 직류/교류 변환 장치(2)에 있어서 동일한 상에 대응하는 상방 아암측의 스위치 소자와 하측의 스위치 소자의 사이에서도, 택일적으로 도통한다.

입력단(Pr, Ps, Pt)에 입력하는 전류(선 전류)를, 각각 선 전류(Ir, Is, It)로 한다. 이 경우, 전원 고주파의 발생을 억제하기 위해서는 선 전류(Ir, Is, It)가 정현파형상인 것이 바람직하다. 여기서 우선, 선 전류(Ir, Is, It)를 정현파형상으로 하기 위한 전류 지령치에 대하여, 특허문헌 1 내지 4를 참고로 간단히 설명한다.

도 5는 교류/직류 변환 장치(1)의 입력단(Pr, Ps, Pt)에 각각 입력되는 상 전압(Vr, Vs, Vt)과, 각 상의 통류비(듀티)와, 직류 전원선(LH, LL)의 사이의 전압과, 입력 전류(Ir, Is, It)를 예시하는 그래프이다. 각 상 전압(Vr, Vs, Vt)은, 2개의 상 전압이 양이고 나머지 1개의 상 전압이 음인 영역 1과, 2개의 상 전압이 음이고 나머지 1개의 상 전압이 양인 영역 2 중 어느 하나의 영역으로 구별된다. 그리고 이들 영역 1, 2가 위상각 60도마다 교호로 반복하여 나타난다. 구체적으로는 상 전압(Vr, Vs, Vt)은 하기 식에 의거한다.

[수 1]

영역 1, 2의 각각에 있어서, 상 전압의 절대치가 가장 큰 상(최대상 혹은 최소상)에 대해서는 스위치 소자를 항상 도통시키고, 그 이외의 2개의 상(이들은 모두 최대상 또는 최소상과는 극성이 반대)에 대해서는 소정의 통류비로 스위치 소자를 도통시킨다.

통류비가 양인 경우는 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)의 듀티를 나타내고, 통류비가 음인 경우에는 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)의 듀티를 나타낸다. 최소상에 대응하는 상에 대해서는 직류 전원선(LL)에 접속되는 스위치 소자가 항상 도통하므로 통류비는 －1이고, 최대상에 대응하는 상에 대해서는 직류 전원선(LH)에 접속되는 스위치 소자가 항상 도통하므로 통류비는 1이다.

최대상 혹은 최소상에 대응하는 스위치 소자는 항상 도통하므로, 정류 전압(Vdc)은, 최대상과 최소상의 사이의 선간 전압(Emax)과, 최소상과 중간상(영역 1에 있어서) 또는 최대상과 중간상(영역 2에 있어서)의 사이의 선간 전압(Emid)의 2개의 전위가 얻어진다. 또한, 정류 전압(Vdc)의 평균치(Vdc^)는, 각각의 통류비를 곱함으로써 얻어지고, 다음과 같이 표시되어, 상기의 통류비로 스위칭함으로써, 평균치(Vdc^)는 맥류상의 전압 파형이 된다.

[수식 2]

직류 전원선(LH, LL)을 흐르는 전류(idc＿avg)는, 인버터의 출력 전류의 진폭을 I0로 하여, k·I0·cosψ·cosθin으로 표시된다. 단, k는 변조율로서, 0 ＜k＜√3/2이며, ψ은 출력 전압과 출력 전류의 위상차이다.

교류/직류 변환 장치(1) 측에서는 1상이 도통 상태이고, 2상이 각각의 통류비로 스위칭하기 위해서, 예를 들면 위상각 30도부터 90도의 영역에 있어서, 각 상의 선 전류(Ir, Is, It)는, 다음과 같이 표시된다.

[수식 3]

그 외의 위상각에 대해서도 동일한 결과가 되고, 따라서 선 전류(Ir, Is, It)를 정현파로 할 수 있다.

상기 통류비는, 상 전압(Vr, Vs, Vt)의 대칭성으로부터, 영역 1, 2의 각각에 있어서 개별로 위상각 φ(0≤φ≤π/3)을 도입하면, 통류비가 경사지는 영역(이하 「경사 영역」으로 가칭한다)의 파형의 절대치는, 각 상의 경사 영역에 대하여 공통으로 표현할 수 있다. 위상각 φ이 증대함과 더불어 통류비가 증대하는 영역에서는 그 통류비는 다음과 같이 표시된다.

[수식 4]

마찬가지로 하여 위상각 φ이 증대함과 더불어 통류비가 감소하는 경사 영역에서는 그 통류비는 (1＋

tan(φ－π/6))/2로 표시된다.

이러한 통류비를 캐리어(C1)에 대한 지령치로서 펄스폭 변조하여 얻어지는 펄스 신호로 교류/직류 변환 장치(1)의 스위치 소자를 제어하면, 당해 통류비에 따른 스위칭이 행해지게 된다. 따라서 이러한 통류비를 전류 지령치로서 채용하면, 교류/직류 변환 장치(1)에 입력하는 선 전류(Ir, Is, It)를 정현파로 할 수 있다.

물론, 캐리어(C1)의 진폭, 중앙치가 다르면 상기의 표현도 다르다. 예를 들면 캐리어(C1)의 최소치 및 최대치를 각각 m, M으로 하면 그 진폭은 (M－m)/2, 중앙치는 (M＋m)/2가 되므로, 위상각 φ이 증대함과 더불어 통류비가 증대하는 경사 영역에서는 통류비는 하기로 나타낸다.

[수식 5]

또한, 위상각 φ이 증대함과 더불어 통류비가 감소하는 경사 영역에서는 통류비는 하기로 표시된다.

[수식 6]

또한, 상술한 바와 같이, 도 5로 나타내는 통류비는, 그것이 양인 경우는 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)의 듀티를, 음인 경우에는 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)의 듀티를, 각각 나타낸다. 여기서 특허문헌 2에서는 통류비가 양인 경우와 음인 경우로 지령치를 나누고, 각각 개별로 캐리어와의 비교를 행했다.

도 9는 특허문헌 2에서 채용된 캐리어와 지령치의 비교를 나타내는 그래프이다. 도 9에서는 그 최상단에 R상, S상, T상의 통류비에 대하여 나타내고 있는데, 그보다도 하단의 그래프는 R상의 통류비에 의거하는 파형을 나타내고 있다.

통류 지령(drp^*)은 통류비가 양인 경우에 대응한 통류비이고, 통류 지령(drn^*)은 통류비가 음인 경우에 대응한 통류비이다. 그리고 신호 분배 신호(Cra, Crb)는 각각 통류 지령(drp^*,drn^*)의 파형을 90도 진상(進相) 하여 정형된 파형을 나타내고 있다.

그리고 R상이라고 하는 하나의 상에 있어서, 4개의 신호파(drpa^*, drpb^*, drna^*, drnb^*)를 생성하고, 이들을 2개의 캐리어(A, B)와 비교한다. 캐리어(A, B)는 상호, 캐리어 자신의 위상으로 환산하여 180도 어긋나 있고, 피크 및 밸리가 서로 반대 파형을 나타내고 있다.

구체적으로, 신호파(drpa^*)는 통류 지령(drp^*)과 신호 분배 신호(Cra)의 논리곱으로, 신호파(drpb^*)는 통류 지령(drp^*)과 신호 분배 신호(Crb)의 논리곱으로, 신호파(drna^*)는 통류 지령(drn^*)과 신호 분배 신호(Cra)의 논리곱으로, 신호파(drnb^*)는 통류 지령(drn^*)과 신호 분배 신호(Crb)의 논리곱으로, 각각 얻어진다(도 9에 있어서 원으로 둘러싸인 ×표시는 논리곱을 나타낸다).

그리고 신호파(drpa^*, drna^*)는 캐리어(A)와 비교되고, 신호파(drpb^*, drnb^*)는 캐리어(B)와 비교된다.

도 10은 신호파와 캐리어의 비교에 의해 얻어지는 펄스열을 나타내는 그래프이고, 상측 6단은 R상에 대한 게이트 신호의 생성을 나타낸다. 즉, 펄스 신호(Srpa)는 신호파(drpa^*)와 캐리어(A)의 비교에 의해 얻어지며, 펄스 신호(Srpb)는 신호파(drpb^*)와 캐리어(B)의 비교에 의해 얻어지고, 펄스 신호(Srna)는 신호파(drna^*)와 캐리어(A)의 비교에 의해 얻어지고, 펄스 신호(Srnb)는 신호파(drnb^*)와 캐리어(B)의 비교에 의해 얻어진다. 그리고 게이트 신호(Srp^*)는 펄스 신호(Srpa, Srpb)의 논리합에 의해 얻어지고, 게이트 신호(Srn^*)는 펄스 신호(Srna, Srnb)의 논리합에 의해 얻어진다. 동일하게 하여, S상에 대한 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*), T상에 대한 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)가 얻어진다(도 10의 하측 4단).

신호파(drpa^*, drna^*)와 캐리어(A)가 비교되는 것은 위상 210∼330도에 있어서이고, 이 구간에 있어서 통류 지령(drp^*, drn^*)을 합성하면 삼각파가 된다. 마찬가지로, 신호파(drpb^*, drnb^*)와 캐리어(B)가 비교되는 것은 위상 30∼150도에 있어서이고, 이 구간에 있어서 통류 지령(drp^*, drn^*)을 합성해도 삼각파가 된다.

이러한 관점에서, 본 실시의 형태에서는 스위치 소자의 도통/비도통을 제어하는 게이트 신호를, 이하와 같이 하여 간편하게 생성한다.

도 6은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는 그 최상단에 R상, S상, T상의 통류비를 표시한다. 그리고 그 바로 아래에, 본 실시의 형태에 채용되는 지령치(I^*) 및 캐리어(C1)를 나타낸다.

지령치(I^*)는 3상 전압(Vr, Vs, Vt)의 주기의 1/3의 주기를 가지는 삼각파형상의 전류 지령치이다. 즉 지령치(I^*)의 주기는 3상 전압(Vr, Vs, Vt)의 위상으로 환산하여 120도가 되고, 3상 전압의 위상 60도(＝π/6라디안)분의 구간에서 상승하는 상승파형과, 당해 위상 60도분의 구간에서 하강하는 하강 파형을 반복하여 취한다.

캐리어(C1)는, 지령치(I^*)의 주기보다도 짧은 주기를 가지는 삼각파형상의 파형을 나타낸다. 여기에서는 도시의 간편을 위해, 캐리어(C1)의 주기가 지령치(I^*)의 주기의 1/12인 경우를 예시하고 있는데, 더욱 짧은 주기를 채용할 수 있다.

캐리어(C1)는 도 9에 나타낸 캐리어(A)와 동 상의 경우가 예시되어 있다. 그리고 지령치(I^*)는, 위상 210∼330도에 있어서, 도 9에서 캐리어(A)와 비교된 신호파(drpa^*, drna^*)의 논리합에 상당하는 파형을 나타낸다. 따라서 캐리어(C1)와 지령치(I^*)의 비교는, 위상 210∼330도에 있어서는 캐리어(A)와 신호파(drpa^*, drna^*)의 비교와 동등하다.

또한, 지령치(I^*)는, 위상 30∼150도에 있어서, 도 9에서 캐리어(B)와 비교된 신호파(drpb^*, drnb^*)의 논리합에 상당하는 파형을 상하 반전하여 피크 및 밸리가 반대로 된 파형을 나타낸다. 캐리어(A, B)의 파형은 상호 피크 및 밸리가 반전해 있는 것을 감안하면, 캐리어(C1)와 지령치(I^*)의 비교는, 위상 30∼150도에 있어서는 캐리어(B)와 신호파(drpb^*, drnb^*)의 비교와 동등하다.

이상으로부터, 펄스폭 변조가 행해지는 위상의 구간에 있어서는, 캐리어(C1)와 지령치(I^*)의 비교에 의해, 바람직한 펄스 파형이 얻어지는 것을 알 수 있다.

구체적으로 설명하면, 도 6에 도시하는 비교 결과 신호(Ka)는, 캐리어(C1)와 지령치(I^*)를 비교한 결과를 나타내는 펄스 신호이고, 캐리어(C1)가 지령치(I^*) 이하일 때에 활성화하고, 캐리어(C1)가 지령치(I^*)를 넘을 때에 비활성화한다(혹은 캐리어(C1)가 지령치(I^*) 미만일 때에 활성화하고, 캐리어(C1)가 지령치(I^*) 이상일 때에 비활성화한다). 비교 결과 신호(Kb)는 비교 결과 신호(Ka)와 상보적인 펄스 신호이다.

상 전압(Vr)이 위상 0도에서 최대치를 취하고 나서(도 5 참조)부터 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 30∼90도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbrp)을 게이트 신호(Srp*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vr)이 위상 180도에서 최소치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 위상 270도를 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 270∼330도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Karp)을 게이트 신호(Srp^*)로서 채용한다.

동일하게 하여, 상 전압(Vr)이 위상 180도에서 최소치를 취하고 나서 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 210∼270도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Karn)을 게이트 신호(Srn*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vr)이 위상 0도에서 최대치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 90∼150도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbrn)을 게이트 신호(Srn^*)로서 채용한다.

이상과 같이 하여, 펄스폭 변조가 행해지는 위상의 구간에 있어서 바람직한 펄스 파형이 얻어진다.

그런데 도 10을 참조하여, 게이트 신호(Srp^*)는 위상 90∼270도에 있어서 비활성(논리 로우에 상당하고, 스위치 소자(Srp)를 비도통으로 한다)으로 되어 있지만, 실은 활성화(논리 하이에 상당하고, 스위치 소자(Srp)를 도통으로 한다)되어 있어도 된다. 도 5를 참조하여 이 위상의 구간에서는 전압(Vr)은 최대상이 아니고, 상술한 바와 같이 스위치 소자(Srp)는 도통하고 있다고 해도 이에 전류가 흐르는 방향은 입력단(Pr)으로부터 직류 전원선(LH)을 향하는 방향에 한정되어 있기 때문이다. 즉 위상 90∼270도에 있어서 스위치 소자(Srp)가 도통해도 교류/직류 변환 장치(1)의 동작에 문제는 없다. 동일하게 다른 게이트 신호에 대해서도 말할 수 있으므로, 펄스폭 변조를 따라서 동작하는 위상 60도의 구간 이외에서는 어떠한 스위치 소자나 도통해도 된다.

구체적으로는 게이트 신호(Srp^*)는 위상 90∼270도이고, 게이트 신호(Srn^*)는 위상 0∼90도 및 270∼360도이고, 게이트 신호(Ssp^*)는 위상 210∼360도 및 0∼30도이고, 게이트 신호(Ssn^*)는 위상 30∼210도이고, 게이트 신호(Stp^*)는 위상 0∼150도 및 330∼360도이고, 그리고 게이트 신호(Stn^*)는 위상 150∼330도이고, 각각 활성화해도 된다.

여기서 본 실시의 형태에서는, 펄스폭 변조가 행해지는 이외의 위상의 구간에 있어서 활성화하는 게이트 신호를 생성한다.

구체적으로는 우선, 도 6을 참조하여, 상 전압(Vr)이 상승하는 기간, 즉 위상 180∼360도에서 활성화하는 상승 신호(Cra)와, 상 전압(Vr)이 하강하는 기간, 즉 위상 0∼180도에서 활성화하는 하강 신호(Crb)를 얻는다. 이는 상술의 특허문헌 2에 있어서의 신호 분배 신호(Cra, Crb)와 일치하므로 동일한 기호를 채용하고 있다.

또한, 피크 범위 신호(rp, rn)를 얻는다. 피크 범위 신호(rp)는, 상 전압(Vr)이 최대치를 취하는 시점(위상 0도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 330∼360도, 0∼30도) 및 상 전압(Vr)이 최소치를 취하는 시점(위상 180도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 90∼270도)에 있어서만 활성화한다. 피크 범위 신호(rn)는 상 전압(Vr)이 최대치를 취하는 시점(위상 0도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 90∼270도) 및 상 전압(Vr)이 최소치를 취하는 시점(위상 180도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 150∼210도)에 있어서만 활성화한다.

상승 신호(Cra)가 활성화하는 (따라서 하강 신호(Crb)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Ka)가 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)에 채용되는 구간을 포함한다. 하강 신호(Crb)가 활성화하는 (따라서 상승 신호(Cra)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Kb)가 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)에 채용되는 구간을 포함한다.

또한, 피크 범위 신호(rp)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Srp^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이고, 피크 범위 신호(rn)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Srn^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이다.

따라서 하기 연산에 의해 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)가 얻어지게 된다. 단, 원으로 둘러싸인 ×표시는 논리곱을, 원으로 둘러싸인 ＋표시는 논리합을, 위의 선은 논리 반전을 나타낸다. 그리고 통상의 사칙 연산과 유사하고, 논리곱은 논리합에 우선하여 연산된다.

[수식 7]

이와 같이 하여 얻어진 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)와 도 10에 나타낸 게이트 신호(Srp*, Srn*)는, 펄스폭 변조를 받고 있는 구간에서 동일해지는 것은 명백하다. 따라서 비교 결과 신호(Ka, Kb), 피크 범위 신호(rp, rn), 상승 신호(Cra) 및 하강 신호(Crb)를 이용하여 얻어진 게이트 신호(Srp^*, Srn^*)를, 전류형의 액티브 컨버터인 교류/직류 변환 장치(1)의 게이트 신호로서 채용할 수 있다.

도 7은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다. 도 6과 마찬가지로, 그 최상단에 R상, S상, T상의 통류비를 나타낸다. 또한, 비교 결과 신호(Ka, Kb)는 도 6을 이용하여 설명한 바와 같이 하여 얻어진다.

상 전압(Vs)이 위상 120도에서 최대치를 취하고 나서 (도 5 참조) 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 150∼210도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbsp)을 게이트 신호(Ssp^*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vs)이 위상 300도에서 최소치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 위상 30도를 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 30∼90도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Kasp)을 게이트 신호(Ssp^*)로서 채용한다.

동일하게 하여, 상 전압(Vs)이 위상 300도에서 최소치를 취하고 나서 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 330∼360도 및 0∼30도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Kasn)을 게이트 신호(Ssn^*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vs)이 위상 120도에서 최대치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 210∼270도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbsn)을 게이트 신호(Ssn^*)로서 채용한다.

이상과 같이 하여 S상에 대해서도, 펄스폭 변조가 행해지는 위상의 구간에 있어서 바람직한 펄스 파형이 얻어진다.

상 전압(Vs)이 상승하는 기간, 즉 위상 300∼360도 및 0∼120도에서 활성화하는 상승 신호(Csa)와, 상 전압(Vs)이 하강하는 기간, 즉 위상 120∼300도에서 활성화하는 하강 신호(Csb)를 얻는다.

또한, 피크 범위 신호(sp, sn)를 얻는다. 피크 범위 신호(sp)는, 상 전압(Vs)이 최대치를 취하는 시점(위상 120도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 90∼150도) 및 상 전압(Vs)이 최소치를 취하는 시점(위상 300도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 210∼360도, 0∼30도)에 있어서만 활성화한다. 피크 범위 신호(sn)는 상 전압(Vs)이 최대치를 취하는 시점(위상 120도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 30∼210도) 및 상 전압(Vs)이 최소치를 취하는 시점(위상 300도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 270∼330도)에 있어서만 활성화한다.

상승 신호(Csa)가 활성화하는 (따라서 하강 신호(Csb)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Ka)가 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)에 채용되는 구간을 포함한다. 하강 신호(Csb)가 활성화하는 (따라서 상승 신호(Csa)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Kb)가 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)에 채용되는 구간을 포함한다.

또한, 피크 범위 신호(sp)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Ssp^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이며, 피크 범위 신호(sn)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Ssn^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이다.

따라서 하기 연산에 의해 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)가 얻어지게 된다.

[수식 8]

이와 같이 하여 얻어진 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)와 도 10에 나타낸 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)는, 펄스폭 변조를 받는 구간에 있어서 동일해 지는 것이 명백하다. 따라서 비교 결과 신호(Ka, Kb), 피크 범위 신호(sp, sn), 상승 신호(Csa) 및 하강 신호(Csb)를 이용하여 얻어진 게이트 신호(Ssp^*, Ssn^*)를, 전류형 액티브 컨버터인 교류/직류 변환 장치(1)의 게이트 신호로서 채용할 수 있다.

도 8은 캐리어와 지령치의 비교로부터 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)를 얻는 처리를 나타내는 그래프이다. 도 6과 마찬가지로, 그 최상단에 R상, S상, T상의 통류비를 나타낸다. 또한, 비교 결과 신호(Ka, Kb)는 도 6을 이용하여 설명한 바와 같이 하여 얻어진다.

상 전압(Vt)이 위상 240도에서 최대치를 취하고 나서(도 5 참조) 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 270∼330도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbtp)을 게이트 신호(Stp^*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vt)이 위상 60도에서 최소치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 위상 150도를 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 150∼210도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Katp)을 게이트 신호(Stp^*)로서 채용한다.

동일하게 하여, 상 전압(Vt)이 위상 60도에서 최소치를 취하고 나서 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 90∼150도의 구간에 있어서, 비교 결과 신호(Ka) 중 당해 구간에 있는 부분(Katn)을 게이트 신호(Stn^*)로서 채용한다. 또한, 상 전압(Vt)이 위상 240도에서 최대치를 취하고 나서 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 위상 60도분의 구간, 즉 위상 330∼360도 및 0∼30도의 구간에 있어서는 비교 결과 신호(Kb) 중 당해 구간에 있는 부분(Kbtn)을 게이트 신호(Stn^*)로서 채용한다.

상 전압(Vt)이 상승하는 기간, 즉 위상 60∼240도에서 활성화하는 상승 신호(Cta)와, 상 전압(Vt)이 하강하는 기간, 즉 위상 240∼360도 및 0∼60도에서 활성화하는 하강 신호(Ctb)를 얻는다.

또한, 피크 범위 신호(tp, tn)를 얻는다. 피크 범위 신호(tp)는, 상 전압(Vt)이 최대치를 취하는 시점(위상 240도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 210∼270도) 및 상 전압(Vt)이 최소치를 취하는 시점(위상 60도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 0∼150도, 330∼360도)에 있어서만 활성화한다. 피크 범위 신호(tn)는 상 전압(Vt)이 최대치를 취하는 시점(위상 240도)을 중앙으로 하는 위상 180도분의 구간(위상 150∼330도) 및 상 전압(Vt)이 최소치를 취하는 시점(위상 60도)을 중앙으로 하는 위상 60도분의 구간(위상 30∼90도)에 있어서만 활성화한다.

상승 신호(Cta)가 활성화하는 (따라서 하강 신호(Ctb)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Ka)가 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)에 채용되는 구간을 포함한다. 하강 신호(Ctb)가 활성화하는 (따라서 상승 신호(Cta)가 비활성인) 구간은, 비교 결과 신호(Kb)가 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)에 채용되는 구간을 포함한다.

또한, 피크 범위 신호(tp)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Stp^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이고, 피크 범위 신호(tn)가 비활성인 구간은 게이트 신호(Stn^*)가 펄스폭 변조를 받은 펄스를 나타내는 구간이다.

따라서 하기 연산에 의해 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)가 얻어지게 된다.

[수식 9]

이와같이 하여 얻어진 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)와 도 10에 나타낸 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)는, 펄스폭 변조를 받고 있는 구간에서 동일해지는 것이 명백하다. 따라서 비교 결과 신호(Ka, Kb), 피크 범위 신호(tp, tn), 상승 신호(Cta) 및 하강 신호(Ctb)를 이용하여 얻어진 게이트 신호(Stp^*, Stn^*)를, 전류형의 액티브 컨버터인 교류/직류 변환 장치(1)의 게이트 신호로서 채용할 수 있다.

상기의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 비교 결과 신호(Ka, Kb)는 R상, S상, T상의 어느 것에 관해서나, 공통되게 게이트 신호의 생성에 이용할 수 있다. 따라서 특허문헌 2와 같은 종래의 기술과 비교하여, 캐리어와 비교해야 할 지령치를 적게, 구체적으로는 유일한 지령치(I^*)로 할 수 있다.

예를 들면 캐리어(C1)의 최소치 및 최대치를 각각 m, M으로 하면, 지령치(I^*)의 상승 파형은, 당해 상승 파형이 상승을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ(라디안)에 대하여, 상술의 식(5)을 채용한다. 또한, 지령치(I^*)의 하강 파형은, 당해 하강 파형이 하강을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ에 대하여, 상술의 식(6)을 채용한다. 지령치(I^*)가 이러한 파형을 채용함으로써, 입력 전류를 정현파상으로 하여, 고주파의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은, 도 2에 나타낸 제어 회로(3)의 구성을 예시한다. 제어 회로(3)는 비교 결과 신호(Ka, Kb) 및 후술하는 전원 동기 신호(Vp)를 이용하여 게이트 신호(Srp^*, Srn^*, Ssp^*, Ssn^*, Stp^*, Stn^*)를 출력한다.

구체적으로 제어 회로(3)는 지령 신호 생성부(11)와, 비교부(12)와, 비교 결과 신호 할당부(14)를 가진다.

지령 신호 생성부(11)는, 3상 전압과 동기하는 전원 동기 신호(Vp)를 입력한다. 예를 들면 전원 동기 신호(Vp)에는 상 전압(Vr)과 동 위상의 정현파를 채용할 수 있다. 지령 신호 생성부(11)는, 전원 동기 신호(Vp)로부터, 삼각파형상의 전류 지령 신호인, 지령치(I^*)를 생성한다.

비교부(12)는, 캐리어(C1)와 지령치(I^*)를 비교한 결과를 비교 결과 신호(Ka, Kb)로서 출력한다. 캐리어(C1)는 예를 들면 후술하는 캐리어 생성부(15)에서 생성된다. 여기에서는 비교부(12)가 비교기(121)와 반전기(122)를 가지고 있는 경우가 예시되어 있다. 비교기(121)는 캐리어(C1)보다도 지령치(I^*)의 쪽이 클(혹은 지령치(I^*)가 캐리어(C1) 이상일) 때에 활성화하는 비교 결과 신호(Ka)를 출력한다. 반전기(122)는 비교 결과 신호(Ka)의 활성/비활성을 반전하여 비교 결과 신호(Kb)를 출력한다.

비교 결과 신호 할당부(14)는 비교 결과 신호(Ka, Kb)를 입력하고, 게이트 신호(Srp^*, Srn^*, Ssp^*, Ssn^*, Stp^*, Stn^*)를 생성한다.

비교 결과 신호 할당부(14)는, 상승/하강 신호 생성부(17)와, 피크 범위 신호 생성부(16)와, 논리곱/논리합 연산부(13)를 가진다.

상승/하강 신호 생성부(17)는, 전원 동기 신호(Vp)로부터 상기의 상승 신호(Cra, Csa, Cta) 및 하강 신호(Crb, Csb, Ctb)를 출력한다. 피크 범위 신호 생성부(16)는, 전원 동기 신호(Vp)로부터 피크 범위 신호(rp, rn, sp, sn, tp, tn)를 생성한다. 이들 생성은 주지 기술에 의해 실현할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 상승/하강 신호 생성부(17)와 피크 범위 신호 생성부(16)는 모두 공통되게 전원 동기 신호(Vp)를 입력하므로, 양자를 따로따로 설치할 필요는 없다.

논리곱/논리합 연산부(13)는, 비교 결과 신호(Ka, Kb), 피크 범위 신호(rp, rn, sp, sn, tp, tn), 상승 신호(Cra, Csa, Cta) 및 하강 신호(Crb, Csb, Ctb)를 이용하여 식 (7)(8)(9)의 논리 연산을 행하여 게이트 신호(Srp^*, Srn^*, Ssp^*, Ssn^*, Stp^*, Stn^*)를 출력한다. 이러한 논리 연산은 논리합과 논리곱의 처리를 이용한 주지 기술에 의해 실현할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

이와같이 하여 지령 신호 생성부(11)와, 비교부(12)와, 비교 결과 신호 할당부(14)는 교류/직류 변환 장치(1)의 동작을 제어하므로, 전체적으로 컨버터 제어부로서 파악할 수 있다.

한편, 제어부(3)는 직류/교류 변환 장치(2)를 제어하는 인버터 제어부도 가진다. 인버터 제어부는 특허문헌 1∼4 등에서 상세히 기술되어 있으므로, 이하에서는 간단한 설명에 머무른다.

제어부(3)는 인버터 제어부로서, 출력 전압 지령 신호 생성부(21), 제1 보정부(22), 제2 보정부(23), 비교부(24), 논리합 연산부(25)를 구비하고 있다. 또한, 캐리어 생성부(15)는, 인버터 제어부로 이용하는 캐리어(C1) 및 컨버터 제어부로 이용하는 캐리어(C2)중 어느 하나를 공급하므로, 인버터 제어부, 컨버터 제어부 중 어느 한쪽에 혹은 어디에나 속해 있다고 파악할 수 있다.

출력 전압 지령 생성부(21)는, 각 U상, V상, W상에 대한 출력 전압 지령(Vu^*, Vv^*, Vw^*)을 생성한다. 출력 전압 지령(Vu^*, Vv^*, Vw^*)의 진폭은, 예를 들면 1에 정규화되어 있다. 제1 보정부(22) 및 제2 보정부(23)는 어느 것이나 출력 전압 지령(Vu^*, Vv^*, Vw^*)과 지령치(I^*)를 입력하고, 출력 전압 지령을 보정한다. 구체적으로는, 지령치(I^*) 및 캐리어(C1, C2) 모두 최소치 0 및 최대치 1을 취하고, 제1 보정부(22)는 통류비(d)와 값(1－d)·Vy^*의 합을 출력하고, 제2 보정부(23)는 통류비(d)와 값(1－Vy^*)의 곱을 출력한다.

예를 들면 특허문헌 2에서는 T상의 하측 아암이 상시 도통하고 있는 상황에서의 컨버터의 동작을 예로 들어 설명하고 있고, 통류비(drt, dst)의 합이 1인 것을 감안하면, 통류비(d) 및 값(1－d)은 각각 특허문헌 2에 있어서의 통류비(drt, dst)에 상당하는 것을 알 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이, 지령치(I^*)는, 신호파(drpa^*, drna^*)의 논리합 등에 상당하는 파형을 가지고 있으므로, 제1 보정부(22) 및 제2 보정부(23)는 모두 지령치(I^*)로부터 통류비(d) 및 값(1－d)을 용이하게 얻을 수 있다.

비교부(24)는, 제1 보정부(22)에 의해 보정된 출력 전압 지령 및 제2 보정부(23)에 의해 보정된 출력 전압 지령과, 캐리어(C2)를 비교한다. 논리합 연산부(25)는, 비교기(24)의 비교 결과의 논리합을 취하여 스위치 소자(Sup, Svp, Swp, Sun, Svn, Swn)를 제어하는 게이트 신호(Sup^*, Svp^*, Swp^*, Sun^*, Svn^*, Swn^*)를 출력한다.

물론, 인버터 제어부의 구성은 여기에서 예시한 것 이외를 이용해도 되지만, 캐리어(C1, C2)를 공통의 것으로 함으로써, 캐리어 생성부(15)의 구성은 간단해진다. 이 관점에서도, 교류/직류 변환 장치(1)를 제어하기 위해서 유일한 캐리어(C1)를 채용하는, 본 실시의 형태에 의한 게이트 신호의 생성은 바람직하다.

본 발명은 상세하게 설명되었는데, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 이 발명이 그에 한정되는 것은 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 이해된다.

1: 교류/직류 변환 장치 3: 제어 회로
11: 지령 신호 생성부 12: 비교부
13: 논리곱/논리합 연산부 14: 비교 결과 신호 할당부
16: 피크 범위 신호 생성부 17: 상승/하강 신호 생성부
C1: 캐리어 I^*: 지령치
Ka, Kb: 비교 결과 신호 LH, LL: 직류 전원선
Cra, Csa, Cta: 상승 신호 Crb, Csb, Ctb: 하강 신호
Pr, Ps, Pt: 입력단
rp, rn, sp, sn, tp, tn: 피크 범위 신호
Srp, Ssp, Stp, Srn, Ssn, Stn: 스위치 소자
Srp*, Ssp*, Stp*, Srn*, Ssn*, Stn*: 게이트 신호
Vdc: 정류 전압 Vp: 전원 동기 신호
Vr, Vs, Vt: 상 전압

Claims

3상 전압을 형성하는 제1 내지 제3의 상 전압(Vr, Vs, Vt)이 각각 입력되는 제1 내지 제3의 입력단(Pr, Ps, Pt)과,
제1 및 제2의 직류 전원선(LH, LL)과,
상기 제1 내지 제3의 입력단의 각각과 상기 제1의 직류 전원선의 사이에 접속된 제1 내지 제3의 스위치 소자(Srp, Ssp, Stp)와, 상기 제1 내지 제3의 입력단의 각각과 상기 제2의 직류 전원선의 사이에 접속된 제4 내지 제6의 스위치 소자(Srn, Ssn, Stn)를 포함하는 전류형의 액티브 컨버터(1)와,
상기 제1 내지 제6의 스위치 소자의 도통/비도통을 제어하는 제1 내지 제6의 제어 신호(Srp^*, Ssp^*, Stp^*, Srn^*, Ssn^*, Stn^*)를 생성하는 제어 회로(3)를 구비하는 교류/직류 변환 장치로서,
상기 액티브 컨버터는, 제1 및 제2의 직류 전원선의 사이에, 상기 제2의 직류 전원선측보다도 상기 제1의 직류 전원선 쪽이 전위가 높은 정류 전압(Vdc)을 출력하고,
상기 제1 내지 제3의 스위치는, 자신으로부터 상기 제1의 직류 전원선을 향해서만 전류를 흐르게 하고,
상기 제4 내지 제6의 스위치는, 상기 제2의 직류 전원선으로부터 자신을 향해서만 전류를 흐르게 하고,
상기 제어 회로는
상기 3상 전압과 동기하는 동기 신호(Vp)로부터, 상기 3상 전압 주기의 1/3의 주기를 가지는 삼각파형상의 전류 지령치(I^*)를 생성하는 지령 신호 생성부(11)와,
상기 전류 지령치의 주기보다도 짧은 주기를 가지는 삼각파형상의 캐리어(C1)와 상기 전류 지령치를 비교한 결과를, 상보적인 제1 및 제2의 비교 결과 신호(Ka, Kb)로서 출력하는 비교부(12)와,
상기 제1 및 제2의 비교 결과 신호를 입력하는 비교 결과 신호 할당부(14； 13, 16, 17)를 가지고,
상기 비교 결과 신호 할당부는,
상기 제1의 상 전압(Vr)이 최대치를 취하고 나서 상기 3상 전압의 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbrp), 및 상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Karp)를 상기 제1의 제어 신호(Srp^*)로서 출력하고,
상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Karn), 및 상기 제1의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbrn)를 상기 제4의 제어 신호(Srn^*)로서 출력하고,
상기 제2의 상 전압(Vs)이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbsp), 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Kasp)를 상기 제2의 제어 신호(Ssp^*)로서 출력하고,
상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Kasn), 및 상기 제2의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbsn)를 상기 제5의 제어 신호(Ssn^*)로서 출력하고,
상기 제3의 상 전압(Vt)이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbtp), 및 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Katp)를 상기 제3의 제어 신호(Stp^*)로서 출력하고,
상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하고 나서 상기 위상 30도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제1의 비교 결과 신호(Katn), 및 상기 제3의 상 전압이 최대치를 취하고 나서 상기 위상 90도분이 경과한 시점을 기점으로 한 상기 위상 60도분의 구간에서의 상기 제2의 비교 결과 신호(Kbtn)를 상기 제6의 제어 신호(Stn^*)로서 출력하는, 교류/직류 변환 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 비교 결과 신호 할당부(13, 16, 17)는,
상기 동기 신호(Vp)로부터, 상기 제1 내지 제3의 상 전압이 각각 상승하는 기간에서 활성화하는 제1 내지 제3의 상승 신호(Cra, Csa, Cta) 및, 상기 제1 내지 제3의 상 전압이 각각 하강하는 기간에서 활성화하는 제1 내지 제3의 하강 신호(Crb, Csb, Ctb)를 생성하는 상승/하강 신호 생성부(17)와,
상기 동기 신호로부터, 제1 내지 제6의 피크 범위 신호를 생성하는 피크 범위 신호 생성부(16)(단 상기 제1 피크 범위 신호(rp)는 상기 제1의 상 전압(Vr)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간 및 상기 제1의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에서만 활성화하고, 상기 제2 피크 범위 신호(rn)는 상기 제1의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간 및 상기 제1의 상전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에서만 활성화하고, 상기 제3 피크 범위 신호(sp)는 상기 제2의 상 전압(Vs)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에서만 활성화하고, 상기 제4 피크 범위 신호(sn)는 상기 제2의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간 및 상기 제2의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에서만 활성화하고, 상기 제5 피크 범위 신호(tp)는 상기 제3의 상 전압(Vt)이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간과, 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간에서만 활성화하고, 상기 제6 피크 범위 신호(tn)는 상기 제3의 상 전압이 최대치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 180도분의 구간과, 상기 제3의 상 전압이 최소치를 취하는 시점을 중앙으로 하는 상기 위상 60도분의 구간에서만 활성화한다)와,
상기 제1 내지 상기 제6의 피크 범위 신호, 상기 제1 내지 제3의 상승 신호, 상기 제1 내지 제3의 하강 신호, 및 상기 제1 및 제2의 비교 결과 신호(Ka, Kb)를 이용한 논리곱 연산 및 논리합 연산을 행하여, 상기 제1 내지 제6의 제어 신호(Srp^*, Ssp^*, Stp^*, Srn^*, Ssn^*, Stn^*)를 생성하는 논리곱/논리합 연산부(13)를 가지는, 교류/직류 변환 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 전류 지령치는, 상기 위상 60도분의 구간에서 상승하는 상승 파형과, 상기 위상 60도분의 구간에서 하강하는 하강 파형을 반복하여 취하고,
상기 캐리어의 최소치 및 최대치를 각각 m, M으로 하면,
상기 상승 파형은, 상기 상승 파형이 상승을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ에 대하여, 값((m＋M)＋
·(M－m)·tan(φ－π／6))/2를 취하고,
상기 하강 파형은, 상기 하강 파형이 하강을 개시하는 시점을 기점으로 하는 위상각 φ에 대하여, 값((m＋M)－
·(M－m)·tan(φ－π／6))/2를 취하는, 교류/직류 변환 장치.