JP5683760B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図1、図2はこの発明の実施の形態1における電力変換装置の構成図であり、中性点クランプ方式の3レベルインバータを電気鉄道車両に適用した場合の一例を示している。
図3は主回路1を構成するスイッチング素子をダイポーラ変調によってPWM制御する時の一例を示す説明図であり、ここではオン電圧降下が発生していない場合の理想的な状態を示す。このダイポーラ変調では、例えばU相の出力電圧を得る場合、図3(A)に示すように、正にシフトした上位キャリアと、負にシフトした下位キャリアと、基準信号波であるU相変調波とを用いてU相スイッチング指令SU*を生成する。
なお、図6、図7において、Dは「ダイポーラ率D」を示し、CSは「打ち消しあう」を意味する。
図6の太線部に示すように、キャリア半周期の長さを“1”とした場合、理想的な状態でU相電圧VUOrが正(高電位)を出力している期間(時間比率)をU_Duty、U相電圧VUOrがゼロ(中間電位)を出力している期間(時間比率)をN_Duty、U相電圧VUOrが負(低電位)を出力している期間(時間比率)をD_Dutyとすると、U相電流IUが正方向に流れた場合において、キャリア半周期の平均誤差電圧ΔVONは、前述の(式1)〜(式3)に含まれる各誤差成分から分かるように、次の(式7)となる。
+(VDON+VSON)・N_Duty+2・VDON・D_Duty}
(式7)
+(VDON+VSON)・N_Duty+2・VSON・D_Duty
(式8)
図8(A)に示すように、キャリア半周期の長さを“1”として、上位キャリアはダイポーラ率Dを用いて次の(式50)で表される。
a=2・U_Duty−(1−D)
すなわち U_Duty=0.5(1+a−D)
となり、(式9)が得られる。
xo=1−D_Duty
よって、(式51)にy=a、x=xoを代入すると、
a=2・(1−D_Duty)−(1+D)
すなわち D_Duty=0.5(1−a−D)
となり、(式11)が得られる。
N_Duty=1−0.5(1+a−D)−0.5(1−a−D)=D
となり、(式10)が得られる。
上記の実施の形態1では、(式7)、(式8)、(式9)、(式10)、(式11)を用いてダイポーラ変調時の平均誤差電圧ΔVONを演算できることを説明した。
ここで、(式7)、(式8)に対して(式9)、(式10)、(式11)をそれぞれ代入して整理すると、U相電流IUが正方向に流れた場合における平均誤差電圧ΔVONを下記の(式12)で、またU相電流IUが負方向に流れた場合における平均誤差電圧ΔVONを下記の(式13)で、それぞれ導出することができる。
上記の実施の形態1、2では、3レベルインバータのPWM制御において、ダイポーラ変調を実施した場合のオン電圧補正について説明したが、この実施の形態3では、3レベルインバータのPWM制御において、ユニポーラ変調を実施した場合のオン電圧補正について説明する。
この実施の形態3における電力変換装置の特徴は、上記実施の形態1の電力変換装置の構成(図1、図2)に対して、オン電圧演算回路93bとキャリア生成器96bの構成が異なることである。これらの構成以外の部分は実施の形態1と同じであるので、ここでは説明を省略する。
まず、ユニポーラ変調を実施した場合、キャリア半周期の長さを1としたとき、理想的な状態においてU相電圧VUOrが正(高電位)を出力している期間(時間比率)をU_Duty、U相電圧VUOrがゼロ(中間電位)を出力している期間(時間比率)をN_Duty、U相電圧VUOrが負(低電位)を出力している期間(時間比率)をD_Dutyとしたとき、各Dutyの関係について説明する。
上記の実施の形態3では、前述の(式7)、(式8)、および(式14)〜(式19)を用いてユニポーラ変調時の平均誤差電圧ΔVONを演算できることを説明した。
Claims (6)
- 複数の半導体スイッチング素子と複数の還流用のダイオードを有し、直流電圧を正の電圧と負の電圧及びゼロ電圧の3つの電位を有する電圧に変換する3レベル電力変換回路と、上記3レベル電力変換回路の3つの電位を有する端子に入出力する電流値を検出する電流検出部と、上記直流電圧を検出する電圧検出部と、電圧指令値に基づいて上記3レベル電力変換回路の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御する制御部とを有する電力変換装置において、
上記制御部は、予め設定された一定の期間内における上記3つの電位の時間比率と上記電流検出部からの電流値に基づいて、上記半導体スイッチング素子と上記ダイオードに電流が流れる際のオン電圧降下に伴って生じるオン電圧誤差を演算し、上記オン電圧誤差を補正する電圧補正量でもって上記電圧指令値を補正し、上記補正後の電圧指令値に基づいて上記3レベル電力変換回路の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御するものである電力変換装置。 - 上記制御部は、上記3レベル電力変換回路の出力電圧の半周期内に、ゼロ電圧を介して正負交互に電圧パルスを出力するようにパルス幅変調制御しつつ、上記3つの電位の時間比率を、上記電圧指令値と上記直流電圧との割合、およびキャリア波形を正負にシフトするシフト量とキャリア波形の振幅との比率に基づいて演算する請求項1記載の電力変換装置。
- 上記制御部は、上記3レベル電力変換回路の出力電圧の半周期内に、単一極性の電圧パルスを出力するようにパルス幅変調制御しつつ、上記3つの電位の時間比率を、上記電圧指令値と上記直流電圧との割合から導出する請求項1記載の電力変換装置。
- 上記予め設定された一定の期間とは、上記パルス幅変調制御を行う場合のキャリア波形の少なくとも半周期以上の期間である請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
- 複数の半導体スイッチング素子と複数の還流用のダイオードを有し、直流電圧を正の電圧と負の電圧及びゼロ電圧の3つの電位を有する電圧に変換する3レベル電力変換回路と、上記3レベル電力変換回路の3つの電位を有する端子に入出力する電流値を検出する電流検出部と、上記直流電圧を検出する電圧検出部と、電圧指令値に基づいて上記3レベル電力変換回路の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御する制御部とを有する電力変換装置において、
上記制御部は、上記電圧指令値と上記直流電圧との割合と上記電流検出部からの電流値に基づいて、上記半導体スイッチング素子と上記ダイオードに電流が流れる際のオン電圧降下に伴って生じるオン電圧誤差を演算し、上記オン電圧誤差を補正する電圧補正量でもって上記電圧指令値を補正し、上記補正後の電圧指令値に基づいて上記3レベル電力変換回路の半導体スイッチング素子をオン/オフ制御するものである電力変換装置。 - 上記制御部は、上記3レベル電力変換回路の動作状態に応じてパルス幅変調制御方式を切替えるが、上記オン電圧誤差の演算方法を切替えることなくオン電圧誤差を演算するものである請求項5記載の電力変換装置。
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