RU2666125C1 - Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой - Google Patents

Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой Download PDF

Info

Publication number
RU2666125C1
RU2666125C1 RU2017115764A RU2017115764A RU2666125C1 RU 2666125 C1 RU2666125 C1 RU 2666125C1 RU 2017115764 A RU2017115764 A RU 2017115764A RU 2017115764 A RU2017115764 A RU 2017115764A RU 2666125 C1 RU2666125 C1 RU 2666125C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
current
phases
measured
command voltage
Prior art date
Application number
RU2017115764A
Other languages
English (en)
Inventor
Шизунори ХАМАДА
Кендзи КОБОРИ
Original Assignee
Мейденша Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мейденша Корпорейшн filed Critical Мейденша Корпорейшн
Application granted granted Critical
Publication of RU2666125C1 publication Critical patent/RU2666125C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833—Capacitor voltage balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/14—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation with three or more levels of voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области преобразовательной техники. В процессе регулирования тока секция (2) регулятора тока выполняет пропорционально-интегральное регулирование на основе расхождения между командным током Id_cmd d-оси и измеренным током Id_det d-оси и расхождения между командным током Iq_cmd q-оси и измеренным током Iq_det q-оси. Секция (4) регулятора потенциала нейтральной точки вычисляет скорректированное командное напряжение V_cmd' путем сложения величины V_cmp компенсации регулирования нейтральной точки с трехфазным командным напряжением V_cmd. Ограничитель LMT3 выдает обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'' путем ограничения выходного сигнала скорректированного командного напряжения V_cmd'. Преобразователь (5) трех фаз в две фазы выдает величины Vd_back, Vq_back обратной связи путем преобразования трех фаз обработанного ограничителем командного напряжения V_cmd'' в две фазы. Секция (2) регулятора тока выполняет интегральное регулирование в соответствии с величинами, полученными в результате сложения величин Vd_back, Vq_back обратной связи с упомянутыми расхождениями. Соответственно, трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, выполняющее ШИМ-регулирование, подавляет взаимное влияние между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к трехфазному устройству преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой и в частности к регулированию тока с использованием ШИМ-регулирования.
[0002] Фиг. 6 представляет структурную схему, показывающую основную схему трехфазного устройства преобразования мощности, соединенного с нагрузкой в виде двигателя. Устройство преобразования мощности управляет переключающими устройствами S1~S12 (биполярные транзисторы с изолированным затвором, БТИЗ (IGBT) на фиг. 6) в режиме ВКЛ/ВЫКЛ путем подачи команд управления затворами на переключающие устройства S1~S12, и тем самым выводит напряжение переменного тока на выходные клеммы U, V и W.
[0003] Это устройство преобразования мощности предназначено для разделения напряжения P-N постоянного тока с использованием сглаживающих конденсаторов Cdc1 и Cdc2 и для создания выходного сигнала с ШИМ (широтно-импульсная модуляция) из потенциалов Р (положительный) и N (отрицательный) постоянного тока и потенциала NP нейтральной точки с тремя уровнями.
[0004] В обоих патентных документах 1 и 2 используют регулирование потенциала нейтральной точки (Регулятор Нейтральной Точки) для подавления неравномерности напряжений Vdc1 и Vdc2 постоянного тока после ACR (регулирование тока: Automatic Current Regulator (Автоматический Регулятор Тока)). Регулирование потенциала нейтральной точки представляет собой регулирование с целью определения расхождения между напряжением Vdc1 постоянного тока сглаживающего конденсатора Cdc1 на положительной стороне (Р стороне) напряжения P-N постоянного тока и напряжением Vdc2 постоянного тока сглаживающего конденсатора Cdc2 на отрицательной стороне (N стороне) и выполнения операции регулирования для уменьшения расхождения до нуля.
[0005] Схема регулирования устройства преобразования мощности поясняется ниже на примере, в котором трехфазный выход переменного тока этого устройства преобразования мощности соединен с нагрузкой в виде двигателя М, и выполняется регулирование тока. Фиг. 7 представляет структурную схему, демонстрирующую схему регулирования трехфазного устройства преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой.
[0006] Фазовый детектор enc прикреплен к двигателю М и выполнен с возможностью измерять фазу и выводить измеренную фазу theta_det. Преобразователь 1 трех фаз в две фазы преобразует выходные токи (токи двигателя) Iu, Iv, Iw путем преобразования трех фаз в две фазы на основе измеренной фазы theta_det и тем самым выдает измеренный ток Id_det d-оси и ток Iq_det q-оси.
[0007] Затем секция 2 регулятора тока выполняет ПИ-регулирование (пропорционально-интегральное регулирование), чтобы заставить измеренный ток Id_det d-оси и измеренный ток Iq_det q-оси следовать за соответствующими целевыми значениями, установленными равными командному току Id_cmd d-оси и командному току Iq_cmd q-оси, соответственно. На выходной стороне ПИ-регулятора, предусмотрены ограничители LMT1 и LMT2 для ограничения сигналов интегральных выходов в момент насыщения выхода и тем самым для стабилизации системы. Выход секции 2 регулятора тока представляет собой двухфазное командное напряжение Vd_cmd и Vq_cmd.
[0008] Двухфазное командное напряжение Vd_cmd, Vq_cmd преобразуется, с помощью преобразования двух фаз в три фазы посредством преобразователя 3 двух фаз в три фазы, в трехфазное командное напряжение V_cmd. Далее секция 4 регулятора потенциала нейтральной точки прибавляет величину V_cmp компенсации потенциала нейтральной точки к трехфазному командному напряжению V_cmd и тем самым передает командное напряжение, полученное с помощью сложения, в виде скорректированного командного напряжения V_cmd'.
[0009] Кроме того, ограничитель LMT3 накладывает ограничение по напряжению на скорректированное командное напряжение и подает обработанное ограничителем командное напряжение Vcmd'', полученное с помощью ограничения напряжения, в секцию ШИМ для ШИМ-обработки. Ограничитель LMT3 предусмотрен для предотвращения превращения упомянутых далее команд GI_H и GI_L управления затворами в аномальный импульс (минимальный импульс, например) и для предотвращения искажения выходного напряжения и выходного тока устройства преобразования мощности.
[0010] Секция ШИМ, предназначенная для ШИМ-обработки, формирует команды GI_H, GI_L управления затворами для каждого из переключающих устройств S1~S12 путем использования обработанного ограничителем командного напряжения Vcmd''. В общем, команды GI_H, GI_L управления затворами формируются путем сравнения между сигналом несущей треугольной волны и обработанного ограничителем командного напряжения V_cmd'', хотя это и не показано на фиг. 7.
[0011] Преобразование трех фаз в две фазы в преобразователе 1 трех фаз в две фазы и преобразование двух фаз в три фазы в преобразователе 3 двух фаз в три фазы представлены следующими выражениями (1) и (2).
[0012] [Математика 1]
Figure 00000001
Figure 00000002
[0013] Ограничители LMT1 и LMT2 предусмотрены на выходе ПИ-регулятора для стабилизации регулирования тока, и далее величина V_cmp компенсации потенциала нейтральной точки прибавляется к трехфазному командному напряжению V_cmd в схеме, показанной на фиг. 7. Скорректированное командное напряжение V_cmd' после сложения вводится в ограничитель LMT3 до ШИМ-обработки. Когда скорректированное командное напряжение V_cmd' достигает порогового значения, обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'' подвергается ограничению напряжения. Поэтому эффективное значение выходного напряжения устройства преобразования мощности (напряжение между клеммами U и V на фиг. 6, например) не может сохранять линейность. Более того, когда время ограничения напряжения становится долгим, эффективное значение выходного тока устройства преобразования мощности также теряет линейность, и работа становится неустойчивой.
[0014] Это связано с тем, что регулирование тока включает интегральное действие. Интегральное действие функционирует так, чтобы усиливать отклонение с течением времени. Однако из-за ограничения выходного напряжения отклонение не уменьшается, и интегральное действие приводит к чрезмерному усилению командного выходного напряжения. Следовательно, эффективное значение выходного тока теряет линейность. Это явление называется перерегулированием. Когда выходные токи Iu, Iv и Iw во время возникновения перерегулирования наблюдают на оси частот, в них появляется смещение широкой полосы частот от нескольких Гц до нескольких сотен Гц. То есть в токах появляется много нежелательных флуктуаций или вибраций.
[0015] Регулирование тока осуществляется по осям d, q. Тем не менее, система не работает должным образом, выполняя процесс подавления перерегулирования автоматического регулятора тока (ACR) непосредственно без модификации. Скорректированное командное напряжение V_cmd' создается путем наложения величины V_cmp компенсации потенциала нейтральной точки на трехфазное командное напряжение V_cmd, а ограничение командного напряжения осуществляется ограничителем LMT3. Следовательно, скорректированное командное напряжение V_cmd' достигает порогового напряжения, ограничение напряжения накладывается на обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'', и, следовательно, система не может правильно выполнить процесс защиты от перерегулирования.
[0016] В проиллюстрированном примере ограничители LMT1 и LMT2 предусмотрены на выходной стороне секции 2 регулятора тока. В общем, емкости сглаживающих конденсаторов Cdc1 и Cdc2, показанных на фиг. 6, установлены равными друг другу. Однако величины начального заряда сглаживающих конденсаторов Cdc1 и Cdc2 не равны друг другу из-за различий, вызванных процессом производства и ухудшением характеристик в результате старения. Следовательно, возникает расхождение между напряжениями Vdc1 и Vdc2 постоянного тока, и величина V_cmp потенциала нейтральной точки увеличивается. В частности, двигатель М требует большого выходного тока во время запуска двигателя. Следовательно, наложение величины V_cmp компенсации потенциала нейтральной точки в момент старта имеет тенденцию вызывать увеличение скорректированного командного напряжения V_cmd' до порогового значения и ограничение его до обработанного ограничителем командного напряжении V_cmd'', и тем самым препятствует стабильной работе. Можно исключить ограничение до обработанного ограничителем командного напряжение V_cmd'', уменьшив коэффициент усиления регулятора тока или регулятора потенциала нейтральной точки. Однако компромисс для того, чтобы избежать ограничения, приводит к снижению эффективности управления в установившемся режиме. Следовательно, необходим механизм регулирования для учета взаимного влияния между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки без уменьшения коэффициента усиления регулятора потенциала нейтральной точки.
[0017] Кроме того, в случае, когда нагрузкой устройства преобразования мощности является асинхронная машина или синхронная машина, возникновение перерегулирования может вызвать флуктуацию крутящего момента, подобную флуктуации выходного тока.
[0018] Как объяснялось выше, проблема заключается в подавлении взаимного влияния между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки в трехфазном устройстве преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, выполняющем ШИМ-регулирование.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0019] Патентный документ 1: WO 97/25766
Патентный документ 2: JP Н06-233537А
Патентный документ 3: JP Н10-248262А
Сущность изобретения
[0020] Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеупомянутых проблем. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой содержит, в качестве схемы регулирования, первый преобразователь трех фаз в две фазы для преобразования трехфазного измеренного тока в двухфазный измеренный ток для измеренного тока d-оси и измеренного тока q-оси; секцию регулятора тока, выполненную с возможностью вычислять двухфазное командное напряжение с помощью функции регулирования тока для выполнения ПИ-регулирования в соответствии с расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси; преобразователь двух фаз в три фазы, выполненный с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение; секцию регулятора потенциала нейтральной точки, выполненную с возможностью вычислять величину компенсации регулирования нейтральной точки в соответствии с расхождением между напряжением постоянного тока на положительной стороне и напряжением постоянного тока на отрицательной стороне и прибавлять величину компенсации регулирования нейтральной точки к трехфазному командному напряжению, чтобы вычислить скорректированное командное напряжение; ограничитель, выполненный с возможностью выводить обработанное ограничителем командное напряжение путем ограничения скорректированного командного напряжения до или ниже порогового значения; и второй преобразователь трех фаз в две фазы, выполненный с возможностью выводить величину обратной связи путем преобразования трех фаз обработанного ограничителем командного напряжения в две фазы; причем секция регулятора тока выполнена с возможностью выполнять интегральное регулирование в соответствии с величиной обратной связи, получаемой в результате преобразования трех фаз в две фазы, расхождением между командным током d-оси и измеренным током d-оси и расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси.
[0021] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения нагрузка, на которую подается трехфазный выходной сигнал переменного тока, представляет собой двигатель; второй преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать обработанное ограничителем командное напряжение в величину обратной связи в соответствии с измеренной фазой двигателя; преобразователь двух фаз в три фазы выполнен с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение в соответствии с измеренной фазой двигателя; и первый преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать трехфазный выходной ток в измеренный ток d-оси и измеренный ток q-оси в соответствии с измеренной фазой двигателя.
[0022] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения устройство преобразования мощности связано с системой; второй преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать обработанное ограничителем командное напряжение в величину обратной связи в соответствии с измеренной фазой системы; преобразователь двух фаз в три фазы выполнен с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение в соответствии с измеренной фазой системы; и первый преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать ток трехфазной системы в измеренный ток d-оси и измеренный ток q-оси в соответствии с измеренной фазой системы.
[0023] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения скорректированное командное напряжение определяют путем сложения величины компенсации регулирования нейтральной точки и величины, получаемой в результате вычитания командного напряжения нулевой фазы из трехфазного командного напряжения, выданного преобразователем двух фаз в три фазы.
[0024] В устройстве преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой для выполнения ШИМ-регулирования возможно подавление взаимного влияния между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки в соответствии с настоящим изобретением.
Краткое описание чертежей
[0025]
Фиг. 1 представляет структурную схему, показывающую схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 1.
Фиг. 2 представляет основную схему трехфазного устройства преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, связанную с системой.
Фиг. 3 представляет структурную схему, показывающую схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 2.
Фиг. 4 представляет структурную схему, показывающую схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 3.
Фиг. 5 представляет структурную схему, показывающую схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 4.
Фиг. 6 представляет основную схему трехфазного устройства преобразования с фиксированной нейтральной точкой, связанного с нагрузкой двигателя.
Фиг. 7 представляет структурную схему, показывающую в качестве примера схему регулирования более ранней технологии. Варианты осуществления изобретения
[0026] Фиг. 1-5 представляют виды для подробного объяснения устройства преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой в соответствии с настоящим изобретением в вариантах осуществления 1-4.
[0027] [Вариант осуществления 1]
Фиг. 1 представляет структурную схему, показывающую схему регулирования устройства преобразования мощности в соответствии с вариантом осуществления 1. Схема регулирования в варианте осуществления 1 разработана с учетом взаимного влияния между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки.
[0028] На фиг. 7 ограничители LMT1 и LMT2 предусмотрены на выходной стороне ПИ-регулятора, а схема регулирования выполнена с возможностью ограничения режима интегрирования путем использования расхождения между значениями до и после каждого ограничителя. В схеме регулирования на фиг. 1, с другой стороны, преобразователь трех фаз в две фазы или секция 5 преобразования выполнены с возможностью выполнять преобразование трех фаз в две фазы в отношении обработанного ограничителем командного напряжения V_cmd'', которое подлежит окончательному введению в ШИМ-секцию для ШИМ-регулирования. Обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'', преобразованное таким образом в две фазы из трех фаз, используется как величины Vd_back и Vq_back обратной связи. Схема регулирования на фиг. 1 ограничивает режим интегрирования путем подачи обратно на вход интегрирующей секции 25 расхождения между величиной Vd_back и Vq_back обратной связи и входным сигналом ограничителя LMT1 или LMT2 секции 2 регулятора тока.
[0029] Секция 2 регулятора тока в соответствии с вариантом осуществления 1 выполнена следующим образом. Пропорциональная секция 2 умножает расхождение между командным током Id_cmd и измеренным током Id_det на пропорциональный коэффициент усиления Kp.
[0030] Секция 22 вычитания выдает расхождение между величиной Vd_back или Vq_back обратной связи и входным сигналом ограничителя LMT1 или LMT2 секции 2 регулятора тока. Секция 23 коэффициента усиления обратной связи умножает выходной сигнал секции 22 вычитания на коэффициент Kfb усиления обратной связи.
[0031] Секция 24 сложения прибавляет выходной сигнал секции 23 коэффициента усиления обратной связи к расхождению между командным током Id_cmd и измеренным током Id_det. Интегрирующая секция 25 умножает выходной сигнал секции 24 сложения на интегральный коэффициент Ki усиления. Секция 26 сложения суммирует выходной сигнал интегрирующей секции 25 и предыдущий выходной сигнал секции 26 сложения на один цикл вычисления раньше. Секция 27 сложения суммирует выходной сигнал пропорциональной секции 21 и выходной сигнал секции 26 сложения и выдает результат сложения на ограничитель LMT1 и секцию 22 вычитания.
[0032] Хотя приведенное выше объяснение относится только к обработке по d-оси в секции 2 регулятора тока, секция обработки по q-оси идентична секции обработки по d-оси. Схема регулирования на фиг. 1 аналогична схеме на фиг. 7, за исключением секции 2 регулятора тока и преобразователя 5 трех фаз в две фазы.
[0033] Величины Vd_back и Vq_back обратной связи являются величинами после преобразования двух фаз в три фазы, и, соответственно, на эти величины обратной связи не оказывает влияние величина V_cmp компенсации потенциала нейтральной точки, которая является компонентом нулевой фазы. Поэтому регулирование тока и регулирование потенциала нейтральной точки не мешают друг другу. Кроме того, ограничитель LMT3 до ШИМ-обработки ограничивает обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'', даже если скорректированное командное напряжение V_cmd' достигает пороговой величины, и, соответственно, величины Vd_back и Vq_back обратной связи также ограничиваются. Следовательно, система может ограничить интегральное действие и стабильно выполнять регулирование тока.
[0034] Как упомянуто выше, трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой в соответствии с вариантом осуществления 1 может выполнять регулирование потенциала нейтральной точки и подавлять нежелательные флуктуации тока, даже если скорректированное командное напряжение V_cmd' достигает порогового значения и выполняется операция ограничителя.
[0035] Кроме того, когда подключена нагрузка двигателя, устройство может предотвратить флуктуацию крутящего момента путем предотвращения флуктуации тока. Когда подключена система, устройство может улучшить стабильность источника питания системы путем предотвращения флуктуации тока.
[0036] [Вариант осуществления 2]
В варианте осуществления 2 устройство связано с системой и выполнено с возможностью регулировать напряжения Vdc1 и Vdc2 постоянного тока. Фиг. 2 представляет схему основной цепи трехфазного устройства преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, соединенного с системой. Между напряжениями Vrs, Vst, Vtr трехфазной системы и трехфазным устройством преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой предусмотрены входные фильтры Lf, Cf.
[0037] Фиг. 3 представляет структурную схему, показывающую регулирование напряжения постоянного тока и регулирование тока на фиг. 2. Напряжения Vrs, Vst and Vtr системы измеряют с использованием напряжения Vrs в качестве опорного напряжения на фиг. 2 и 3, а фазу системы или системную фазу pll_out определяют путем использования схемы ФАП (фазовой автоподстройки) (PLL, Phase Locked Loop).
[0038] Системную фазу pll_out используют в преобразователях трех фаз в две фазы или секциях 1 и 5 преобразования и преобразователе двух фаз в три фазы или секции 3 преобразования. В варианте осуществления 2 преобразователь трех фаз в две фазы преобразует системные токи Ir, Is, It в измеренные токи Id_det, Iq_det на основе системной фазы pll_out. Преобразователь 3 двух фаз в три фазы преобразует двухфазное командное напряжение Vd_cmd в трехфазное командное напряжение V_cmd на основе системной фазы pll_out. Преобразователь трех фаз в две фазы преобразует обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'' в величины Vd_back и Vq_back обратной связи на основе системной фазы pl_out.
[0039] Кроме того, в варианте осуществления 2 командные токи Id_cmd и Iq_cmd, используемые для регулирования тока, находят путем определения расхождения между командным напряжением Vdc_cmd постоянного тока (команда напряжения на клеммах PN на фиг. 2) и суммой напряжений Vdc1 и Vdc2 постоянного тока и путем применения AVR (регулирование напряжения: автоматический регулятор напряжения) (AVR - Automatic Voltage Regulator). Схема AVR показана в Патентном документе 2. В других аспектах вариант 2 является таким же, как и вариант осуществления 1.
[0040] Устройство в соответствии с вариантом осуществления 2 может предотвратить взаимное влияние между регулятором тока и регулятором потенциала нейтральной точки, ограничить интегральное действие и тем самым обеспечить стабильную характеристику регулирования, несмотря на ограничение, часто накладываемое на обработанное ограничителем командное напряжение V_cmd'', когда скорректированное командное напряжение V_cmd' достигает порога во время работы устройства преобразования мощности с повышением напряжения.
[0041] [Вариант осуществления 3]
В варианте осуществления 3 нуль-фазную модуляцию добавляют в схему регулирования варианта осуществления 1 для того, чтобы увеличить диапазон выходного напряжения устройства преобразования мощности. Фиг. 4 представляет схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 3.
[0042] Способ нуль-фазной модуляции объяснен в Патентном документе 3, поэтому подробное объяснение в настоящем документе опускается. Как видно на фиг. 4, секция 6 вычитания вычитает нуль-фазное командное напряжение V0_cmd из трехфазного командного напряжения, и затем выполняется регулирование потенциала нейтральной точки. Величины Vd_back и Vq_back обратной связи могут быть вычислены таким же образом, как в варианте осуществления 1. Поскольку величины Vd_back и Vq_back обратной связи после преобразования трех фаз в две фазы математически независимы от нуль-фазного напряжения, не возникает никаких проблем. Нуль-фазное командное напряжение V0_cmd на фиг. 4 соответствует сигналу коррекции команды напряжения, показанному на (b) фиг. 2 Патентного документа 3.
[0043] [Вариант осуществления 4]
В варианте осуществления 4 нуль-фазная модуляция добавляется к схеме регулирования варианта осуществления 2 для того, чтобы увеличить диапазон выходного напряжения устройства преобразования мощности. Фиг. 5 представляет схему регулирования в соответствии с вариантом осуществления 4.
[0044] На фиг. 5 секция 6 вычитания вычитает нуль-фазное командное напряжение V0_cmd из трехфазного командного напряжения V_cmd и после этого выполняется регулирование потенциала нейтральной точки. Величины Vd_back и Vq_back обратной связи могут быть вычислены таким же образом, как и в варианте осуществления 1. Нуль-фазное командное напряжение на фиг. 5 соответствует сигналу коррекции команды напряжения, показанному в (b) на фиг. 2 Патентного документа 3.
[0045] Хотя изобретение было описано выше со ссылкой на определенные варианты осуществления изобретения, различные модификации и варианты возможны в пределах объема изобретения, которые очевидны специалистам в данной области техники. Эти модификации и варианты входят в объем заявленного изобретения.

Claims (25)

1. Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, содержащее схему управления, которая содержит:
первый преобразователь трех фаз в две фазы, выполненный с возможностью преобразовывать трехфазный измеренный ток в двухфазный измеренный ток в виде измеренного тока d-оси и измеренного тока q-оси;
секцию регулятора тока, выполненную с возможностью вычислять двухфазное командное напряжение с помощью функции регулирования тока для выполнения пропорционально-интегрального регулирования в соответствии с расхождением между командным током d-оси и измеренным током d-оси и расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси;
преобразователь двух фаз в три фазы, выполненный с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение;
секцию регулятора потенциала нейтральной точки, выполненную с возможностью вычислять величину компенсации регулирования нейтральной точки в соответствии с расхождением между напряжением постоянного тока на положительной стороне и напряжением постоянного тока на отрицательной стороне и прибавлять величину компенсации регулирования нейтральной точки к трехфазному командному напряжению, тем самым вычисляя скорректированное командное напряжение;
ограничитель, выполненный с возможностью выдавать обработанное ограничителем командное напряжение путем ограничения скорректированного командного напряжения до величины, не превышающей пороговое значение; и
второй преобразователь трех фаз в две фазы, выполненный с возможностью выдавать величину обратной связи путем преобразования трех фаз обработанного ограничителем командного напряжения в две фазы;
при этом секция регулятора тока выполнена с возможностью выполнять интегральное регулирование в соответствии с величиной обратной связи, получаемой в результате упомянутого преобразования из трех фаз в две фазы, расхождением между командным током d-оси и измеренным током d-оси и расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси.
2. Трехфазное устройство преобразования мощности по п. 1, в котором нагрузкой, на которую подается выходной сигнал переменного тока, создаваемый устройством преобразования мощности, является двигатель;
второй преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать обработанное ограничителем командное напряжение в величину обратной связи в соответствии с измеренной фазой двигателя;
преобразователь двух фаз в три фазы выполнен с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение в соответствии с измеренной фазой двигателя; и
первый преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать трехфазный выходной ток в измеренный ток d-оси и измеренный ток q-оси в соответствии с измеренной фазой двигателя.
3. Трехфазное устройство преобразования мощности по п. 1, которое соединено с системой, при этом
второй преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать обработанное ограничителем командное напряжение в величину обратной связи в соответствии с измеренной фазой системы;
преобразователь двух фаз в три фазы выполнен с возможностью преобразовывать двухфазное командное напряжение в трехфазное командное напряжение в соответствии с измеренной фазой системы; и
первый преобразователь трех фаз в две фазы выполнен с возможностью преобразовывать трехфазный ток системы в измеренный ток d-оси и измеренный ток q-оси в соответствии с измеренной фазой системы.
4. Трехфазное устройство преобразования мощности по одному из пп. 1-3, в котором скорректированное командное напряжение определяется путем прибавления величины компенсации регулирования нейтральной точки к величине, получаемой в результате вычитания нуль-фазного командного напряжения из трехфазного командного напряжения, выданного преобразователем двух фаз в три фазы.
5. Способ преобразования мощности в трехфазном устройстве с фиксированной нейтральной точкой, содержащий:
первый шаг преобразования трех фаз в две фазы для преобразования трехфазного измеренного тока в двухфазный измеренный ток в виде измеренного тока d-оси и измеренного тока q-оси;
шаг регулирования тока для вычисления двухфазного командного напряжения с помощью функции регулирования тока для выполнения пропорционально-интегрального регулирования в соответствии с расхождением между командным током d-оси и измеренным током d-оси и расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси;
шаг преобразования двух фаз в три фазы для преобразования двухфазного командного напряжения в трехфазное командное напряжение;
шаг регулирования потенциала нейтральной точки для вычисления величины компенсации регулирования нейтральной точки в соответствии с расхождением между напряжением постоянного тока на положительной стороне и напряжением постоянного тока на отрицательной стороне и прибавления величины компенсации регулирования нейтральной точки к трехфазному командному напряжению, чтобы тем самым вычислить скорректированное командное напряжение;
шаг ограничения для вывода обработанного ограничителем командного напряжения путем ограничения скорректированного командного напряжения до величины, не превышающей пороговое значение; и
второй шаг преобразования трех фаз в две фазы для выдачи величины обратной связи путем преобразования трех фаз обработанного ограничителем командного напряжения в две фазы;
при этом на шаге регулирования тока выполняют интегральное регулирование в соответствии с величиной обратной связи, получаемой в результате упомянутого преобразования из трех фаз в две фазы, расхождением между командным током d-оси и измеренным током d-оси и расхождением между командным током q-оси и измеренным током q-оси.
RU2017115764A 2014-10-20 2015-10-07 Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой RU2666125C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014213279A JP6264257B2 (ja) 2014-10-20 2014-10-20 三相中性点クランプ式の電力変換装置
JP2014-213279 2014-10-20
PCT/JP2015/078446 WO2016063723A1 (ja) 2014-10-20 2015-10-07 三相中性点クランプ式の電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666125C1 true RU2666125C1 (ru) 2018-09-06

Family

ID=55760767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017115764A RU2666125C1 (ru) 2014-10-20 2015-10-07 Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10574163B2 (ru)
EP (1) EP3208931A4 (ru)
JP (1) JP6264257B2 (ru)
RU (1) RU2666125C1 (ru)
WO (1) WO2016063723A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11496077B2 (en) * 2018-08-07 2022-11-08 Nidec Corporation Drive controller, drive unit, and power steering

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1056147A1 (ru) * 1981-01-16 1983-11-23 Новосибирский Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Регул тор тока трехфазной нагрузки
JPH09172783A (ja) * 1995-12-19 1997-06-30 Toshiba Corp Ｎｐｃインバータ装置
JP2003111433A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Mitsubishi Electric Corp 中性点クランプ式３レベルインバータ装置
JP2011239564A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp 中性点クランプ式電力変換装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01298959A (ja) * 1988-05-27 1989-12-01 Mitsubishi Electric Corp Ｐｗｍコンバータ装置
JP3102499B2 (ja) * 1991-02-28 2000-10-23 株式会社東芝 中性点クランプ式電力変換器の制御装置
JP2500140B2 (ja) 1993-02-01 1996-05-29 株式会社東芝 中性点クランプ式コンバ―タの制御装置
US5790396A (en) * 1995-12-19 1998-08-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Neutral point clamped (NPC) inverter control system
WO1997025766A1 (fr) 1996-01-10 1997-07-17 Hitachi, Ltd. Appareil de conversion de courant multiniveau
JP3233097B2 (ja) 1998-04-03 2001-11-26 株式会社日立製作所 電力変換装置とその制御方法
CA2624254C (en) * 2006-05-23 2011-05-10 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus
CA2734699C (en) * 2008-08-22 2014-03-25 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion apparatus
US8610388B2 (en) * 2009-03-25 2013-12-17 Mitsubishi Electric Corporation Control apparatus and control method for electric rotating machine
US8508166B2 (en) * 2009-08-10 2013-08-13 Emerson Climate Technologies, Inc. Power factor correction with variable bus voltage
US8441820B2 (en) * 2010-09-29 2013-05-14 General Electric Company DC-link voltage balancing system and method for multilevel converters
JP5928865B2 (ja) * 2010-11-18 2016-06-01 富士電機株式会社 非接触給電装置の制御方法
KR101562418B1 (ko) * 2011-07-05 2015-10-22 엘에스산전 주식회사 매입형 영구자석 동기 전동기의 구동장치
JP5803681B2 (ja) * 2012-01-12 2015-11-04 株式会社明電舎 Ｐｗｍ電力変換器の並列運転装置
WO2014174667A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 富士電機株式会社 共振抑制装置
JP6342293B2 (ja) * 2014-10-20 2018-06-13 株式会社東芝 中性点クランプ形電力変換装置およびその制御方法
KR102431991B1 (ko) * 2015-03-13 2022-08-16 삼성전자주식회사 모터 구동 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1056147A1 (ru) * 1981-01-16 1983-11-23 Новосибирский Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Регул тор тока трехфазной нагрузки
JPH09172783A (ja) * 1995-12-19 1997-06-30 Toshiba Corp Ｎｐｃインバータ装置
JP2003111433A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Mitsubishi Electric Corp 中性点クランプ式３レベルインバータ装置
JP2011239564A (ja) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp 中性点クランプ式電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10574163B2 (en) 2020-02-25
EP3208931A4 (en) 2018-05-23
JP6264257B2 (ja) 2018-01-24
EP3208931A1 (en) 2017-08-23
WO2016063723A1 (ja) 2016-04-28
JP2016082760A (ja) 2016-05-16
US20170302206A1 (en) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9509233B2 (en) Power converter, power generation system, control apparatus, and power conversion method
KR101560669B1 (ko) 펄스폭변조 전력변환기의 병렬운전 장치
US9257931B2 (en) Power conversion apparatus
US10951125B2 (en) Supression of cross current in a plural converter system
JP6372201B2 (ja) 電力変換装置
JP5968564B2 (ja) 電力変換装置
KR101846212B1 (ko) 능동 댐핑과 반복 제어 보상 기반의 v/f 드룹 병렬 운전 인버터 제어 장치 및 제어 방법
JP3186962B2 (ja) Ｎｐｃインバータ装置
RU2666125C1 (ru) Трехфазное устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой
JP6138035B2 (ja) 電力変換装置及び制御装置
JP4649940B2 (ja) コンバータの制御方法及びコンバータの制御装置
JP2008011623A (ja) 交流電動機の制御装置およびその制御方法
KR102546709B1 (ko) 모터 제어용 인버터의 전압보상 방법
JP6464801B2 (ja) 制御装置、制御方法、及び、自立運転システム
JP5731920B2 (ja) 交流電源装置とその制御装置
JP6980134B1 (ja) 電力変換装置、電力変換制御装置、及び制御方法
WO2016063724A1 (ja) 三相中性点クランプ式の電力変換装置
CN110277933B (zh) 电力转换装置的控制装置以及控制方法
US11682998B2 (en) Motor control method and motor control apparatus
JP2007049853A (ja) 巻線形誘導機の二次励磁制御装置および制御方法
JPH0731192A (ja) 可変速駆動システムの制御方法及び装置
JP2004357500A (ja) 誘導電動機駆動装置