JP4509134B2 - 電力変換装置とその制御方法 - Google Patents
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また、(2)式が成り立つときには、VuがLo状態(Vu=0)となるようなPWMパルスが生成される。
一方、電磁波に影響を与える零相電圧Voは、(3)式として与えられ、この零相電圧Voの変化幅に比例してノイズ量は増加する。
ここで、Vu〜Vwは、U〜W相出力電圧である。
このため、単一の相がスイッチングする場合と比較するとノイズ量は約3倍に増加する。
しかし、零電圧出力時の波形に着目した場合、三相変調の場合は図4(B)のように、デューティ比(ON時間とOFF時間の比)が約50%となるのに対して、二相変調の場合はデューティ比が極めて小さくなり、デバイスが反応しきれなくなる。この結果、波形歪が大きくなる恐れがある。特に、昇降機のように、低速・高トルクの駆動特性が求められるシステムでは、波形歪による波形特性劣化が乗り心地に重大な影響を与える。また、デバイスに対して狭幅のPWMパルスを繰り返し与えた場合には、デバイスの破損をもたらす恐れがある。
一方、図6は前記実施例において、零電圧出力時の出力PWM波形と零相電圧波形の例である。図6(A)は零電圧出力の三角波比較方式の概要図であり、図6(B)は出力PWM波形と零相電圧波形である。この場合の出力電圧波形のデューティ比は、図4の場合と同様に約50%となる。さらに、三角波信号に位相を設けた効果により、零相電圧Voの変化幅は(7)式となり、零電圧出力時においてもノイズの低減を図ることができる。
図6においては、キャリア周期レベルの時間軸で見た場合には、出力の線間電圧は零ではなく変動することになる。しかし、負荷の出力周波数レベルである数十msレベルの時間軸で見た場合には、デューティ比がほぼ50%であるため、出力線間電圧は平均的に零になる。特に、高速で駆動できるスイッチングデバイスを有した電力変換器において、三角波キャリアの周波数が高い場合には極めて精度の良い波形となる。
なお、本発明の一実施例は、三相インバータを例に説明したが、三相のPWM整流器である場合や、ブリッジ形の単相電力変換器の場合も同様な効果を得ることができることは言うまでもない。
Claims (14)
- 半導体スイッチング素子を用いて主回路を構成された電力変換器と、この電力変換器内の前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、この駆動回路にパルス幅変調されたPWM信号を伝達する演算装置を備え、この演算装置は、前記電力変換器への電圧指令値を発生する電圧指令値生成部と、この電圧指令値を、各相毎に位相差をもつ三角波とそれぞれ比較する比較部と、各相の三角波生成部が発生する三角波信号の周波数を各相毎に独立して設定する周波数設定部と、前記PWM信号の全てが異なるタイミングで変化するように各相の三角波信号間の位相差を調整する位相差調整部を備え、前記三角波と比較する前記電圧指令値の更新タイミングを、各相毎の前記三角波の位相に応じた各相毎のタイミングで実行するように構成した電力変換装置において、
各相の前記三角波生成部は、クロック信号をカウントアップし、予定の折り返しレベルに達するとカウントダウンすることによって三角波を発生するように構成されており、
前記周波数設定部と前記位相差調整部は、前記予定の折り返しレベルを調整する手段を備えており、
前記折り返しレベルの調整に合わせて、前記電圧指令値を調整する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、前記演算装置は、前記電圧指令値を一時的に記憶する各相毎の一次記憶部と、各相毎の前記三角波と比較するために、前記電圧指令値を一時的に格納する各相毎の一次格納部と、各相毎の前記三角波の位相に応じた各相毎のタイミングで、前記一次記憶部に記憶された前記電圧指令値を前記一次格納部に転送する指令転送処理部を備えたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1または2において、前記演算装置は、マイコンあるいはFPGAあるいはASICなどのデジタル演算処理装置であることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項2において、前記一次記憶部はバッファレジスタを含むことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項2において、前記一次格納部はセットレジスタを含むことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項2において、前記演算装置は、それぞれが位相差をもつ各相毎の三角波を生成する各相毎に独立した三角波生成部を備え、前記指令転送処理部は、各相毎に独立し、それぞれ異なるタイミングで転送指令を発生するように構成されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項2において、前記指令転送処理部は、各相の三角波信号の山あるいは谷の付近で指令値を転送するように構成されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1〜7のいずれかにおいて、全ての相の電圧指令値が実質的に零となる電圧指令値に対して、各相の前記PWM信号が、全て実質的に50%のオン・オフ比であり、かつ、各相PWM信号の位相がそれぞれ異なることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1において、前記演算装置は、電圧指令値を一時的に記憶する各相毎のバッファレジスタと、各相毎の前記三角波と比較するために、前記電圧指令値を一時的に格納する各相毎のセットレジスタと、前記バッファレジスタに記憶された電圧指令の最新値を、各相毎の前記三角波の山の付近および谷の付近の位相に応じた各相毎のタイミングで前記セットレジスタに転送して、前記三角波との比較対象となる前記セットレジスタ内の電圧指令値を更新する指令転送処理部を備えたことを特徴とする電力変換装置。
- 半導体スイッチング素子を用いて主回路を構成された電力変換器と、この電力変換器内の前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、この駆動回路にパルス幅変調されたPWM信号を伝達する演算装置を備え、前記電力変換器への電圧指令値を生成する電圧指令値生成ステップと、各相毎に位相差をもつ三角波を生成する三角波生成ステップと、前記電圧指令値を、各相毎に位相差をもつ前記三角波とそれぞれ比較する比較ステップと、各相の三角波生成ステップによって発生する三角波信号の周波数を各相毎に独立して設定する周波数設定ステップと、前記PWM信号の全てが異なるタイミングで変化するように各相の三角波信号間の位相差を調整する位相差調整ステップを備え、前記三角波と比較する前記電圧指令値の更新タイミングを、各相毎の前記三角波の位相に応じた各相毎のタイミングで実行する電力変換装置の制御方法において、
各相の前記三角波生成ステップは、クロック信号をカウントアップし、予定の折り返しレベルに達するとカウントダウンすることによって三角波を発生するようになされており、
前記周波数設定ステップと前記位相差調整ステップは、前記予定の折り返しレベルを調整するステップを備えており、
前記折り返しレベルの調整に合わせて、前記電圧指令値を調整するステップを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。 - 請求項10において、電圧指令値を一時的に記憶する各相毎の一次記憶ステップと、各相毎の前記三角波と比較するために、前記電圧指令値を一時的に格納する各相毎の一次格納ステップと、各相毎の前記三角波の位相に応じた各相毎のタイミングで、前記一次記憶ステップで記憶された前記電圧指令値を前記一次格納ステップでの格納のために転送する各相毎の指令転送処理ステップを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
- 請求項11において、それぞれが位相差をもつ各相毎の三角波を生成する各相毎に独立した三角波生成ステップを備え、前記指令転送処理ステップは、各相毎に独立し、それぞれ異なるタイミングで転送指令を発生することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
- 請求項11において、前記指令転送処理ステップは、前記各相の三角波信号の山あるいは谷の付近で、前記電圧指令値を転送することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
- 請求項10において、全ての相の電圧指令値が実質的に零となる電圧指令値に対して、各相の前記PWM信号が、全て実質的に50%のオン・オフ比であり、かつ、各相PWM信号の位相がそれぞれ異なることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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