JP6610804B2 - インバータの制御方法、制御装置及びインバータ - Google Patents
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Description
図18において、直流電圧源BにはコンデンサCが並列に接続され、コンデンサCの両端には、三相ブリッジ回路を構成するIGBT等の半導体スイッチング素子UP,VP,WP,UN,VN,WNが接続されている。各相の二つのスイッチング素子同士の接続点は、交流出力端子TU,TV,TWを介して電動機等の三相交流負荷Mに接続されている。
また、Edは直流電圧源Bの電圧、VCはコンデンサCの電圧、ibatは直流電圧源Bの出力電流、iCはコンデンサCを流れる電流、idcは主回路を流れる直流電流、iU,iV,iWは各相の出力電流である。
スイッチング素子UP,VP,WP,UN,VN,WNをオン・オフさせる方法、言い換えればインバータの制御方法としては、例えば、キャリアとしての三角波と三相各相の出力電圧指令値(変調信号)とを比較してスイッチング素子UP,VP,WP,UN,VN,WNの駆動パルス(PWMパルス)を得る方法が一般に知られている。この種の制御方法は、例えば特許文献1や非特許文献1にPWM制御方法として開示されている。
三相インバータを二相変調により制御すると、三相の出力線間電圧を正弦波に維持しつつ、スイッチング素子のオン・オフに伴って生じるスイッチング損失を抑制することができ、しかもインバータの電圧利用率が向上する等の利点が得られる。
図18に示したように、直流電圧源BとコンデンサCとの間にはリアクトルLが存在しており、直流電流idcは、直流電圧源BからリアクトルLに流れる直流成分ibatと、コンデンサCから供給される交流成分iCとの和になる。すなわち、idc=ibat+iCである。
このため、非特許文献2には、主回路内のコンデンサの冷却手段として、コンデンサの熱をその周囲に配置された水冷ジャケットに熱伝導させて冷却する技術が開示されている。
図20は、図19と同様にキャリアとして三角波を用いた場合の動作波形図であり、各相の出力電圧指令値U,V,Wとキャリアとをそれぞれ比較して得たPWMパルスによってスイッチング素子UP〜WNをオン・オフさせ、U相,V相,W相電圧を出力している。図20に示したU相,V相,W相電圧におけるレベルP,Nは、直流電圧源Bの正極Pの電位(Ed),負極Nの電位(0)にそれぞれ相当する。
なお、図21は、キャリアとして鋸歯状波を用いた場合の動作波形図であり、図20と同様に、Δtは直流電流idc=0となる期間である。
図20,図21の何れの場合も、変調相であるV相,W相電圧のパルスの発生時期(立上り及び立下り)が各相共通のキャリアによって規定されるため、電圧パルスを発生させるタイミングの自由度は低く、必然的に、idc=0となる期間Δtを短くしてリプル電流成分iCを低減させるための自由度も低い。
すなわち、これらの従来技術では、idc=0となる期間Δtを短くしようとしても限度があるため、その改良が求められている。
しかし、この場合、PWMパルスの生成に2種類のキャリアを用いているので、汎用のマイコンでは実現が難しく、制御装置として外付けの回路やFPGA(Field-Programmable Gate Array),DSP(Digital Signal Processor)等のディジタル集積回路が必要になってコストの増加や大型化を招く懸念があった。
更に、非特許文献1,3や先願発明に記載されているPWM制御方式はいわゆる二相変調を基本としており、従来から知られている通常の二相変調では、オン状態に固定されたスイッチング素子に電流が継続して流れることになる。このため、インバータの出力周波数等の条件によっては、1)特定のスイッチング素子が過熱する、2)三相変調に比べ、スイッチング回数が少なくなることに伴って騒音が増加する、3)二相変調の実行時に各相の電圧指令値が急変するので、電気的な擾乱を引き起こす、等の問題が生じる。
そこで、本発明の解決課題は、汎用のマイコンを使用して、パルスの発生タイミングや発生頻度を従来とは異ならせた変形PWMパルスによってインバータを制御することにより、目標とする出力電圧を維持しながらコンデンサのリプル電流成分を低減し、コンデンサの発熱を防止すると共に、システム全体の低コスト化を可能にしたインバータの制御方法、制御装置及びインバータを提供することにある。
そして、本発明は、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を制御上必要な程度を超えて異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。
そして、本発明は、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする。
そして、本発明は、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子をスイッチングするようにした制御方法である。
そして、本発明は、
前記三角波の一周期にわたり、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくしたことを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子をスイッチングするようにした制御方法である。
そして、本発明は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくし、
前記三角波の連続する二周期のうち第2周期では、
前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくしたことを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記キャリアと他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子をスイッチングするようにした制御方法である。
そして、本発明は、
前記キャリアの連続する二周期にわたり、
前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持すると共に、
前記第2相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では大きくし、かつ、前記キャリアの第2周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では小さくし、かつ、前記キャリアの第2周期では大きくしたことを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する制御装置である。
そして、本発明は、
前記三角波の一周期にわたり、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくするように制御することを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する制御装置である。
そして、本発明は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくし、
前記三角波の連続する二周期のうち第2周期では、
前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくするように制御することを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記キャリアと他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する制御装置である。
そして、本発明は、
前記キャリアの連続する二周期にわたり、
前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持すると共に、
前記第2相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では大きくし、かつ、前記キャリアの第2周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では小さくし、かつ、前記キャリアの第2周期では大きくするように制御することを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する三相インバータである。
そして、本発明は、
前記三角波の一周期にわたり、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくしたことを特徴とする。
前記第2相の出力電圧指令値を、前記三角波の下り半周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相の出力電圧指令値を、前記三角波の上り半周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記三角波と他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する三相インバータである。
そして、本発明は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくし、
前記三角波の連続する二周期のうち第2周期では、
前記第3相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では大きくし、かつ、下り半周期では小さくし、前記第2相の出力電圧指令値を、当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記三角波の上り半周期では小さくし、かつ、下り半周期では大きくしたことを特徴とする。
一定の周期にわたって第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持し、前記周期に等しい周期を有する前記キャリアと他の第2相,第3相の出力電圧指令値とをそれぞれ比較して得たPWMパルスを用いて前記第2相,第3相のスイッチング素子を制御する三相インバータである。
そして、本発明は、
前記キャリアの連続する二周期にわたり、
前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持すると共に、
前記第2相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では大きくし、かつ、前記キャリアの第2周期では小さくし、前記第3相の出力電圧指令値を、前記二周期における当該出力電圧指令値の平均値に対して、前記キャリアの第1周期では小さくし、かつ、前記キャリアの第2周期では大きくしたことを特徴とする。
前記第2相の出力電圧指令値を、前記第2周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相の出力電圧指令値を、前記第1周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする。
前記各相の電圧指令値を前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間とに分割し、これらの期間ごとの電圧指令値を、三相インバータから目標電圧を出力させるための基になる各相の電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDVB,DWAもしくはDWBとし、かつ、前記キャリアの一周期内における各相の電圧指令値の時間平均値を前記基になる各相の電圧指令値とそれぞれ一致させると共に、
各相の電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする。
DUA=AU・DU (1≦AU・DUならばDUA=1)
DUB=2DU−DUA DVA=AV・DV (1≦AV・DVならばDVA=1)
DVB=2DV−DVA
DWA=AW・DW (1≦AW・DWならばDWA=1)
DWB=2DW−DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1,0≦DU,DV,DW≦1とする。)
また、請求項20に係る三相インバータの制御装置は、直流電圧源に並列に接続されたコンデンサに対して、二つの半導体スイッチング素子の直列回路が3個、互いに並列に接続され、前記二つの半導体スイッチング素子同士の接続点を各相の交流出力端子とした三相インバータの制御装置であって、
前記各相の出力電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、前記電圧指令値生成手段により生成された各相の出力電圧指令値とキャリアとをそれぞれ比較して前記半導体スイッチング素子を駆動するためのPWMパルスを生成する比較手段と、前記PWMパルスに基づいて全ての前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動パルスを生成する分配手段と、を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフにより前記交流出力端子に現れる前記直流電圧源の電圧の時間比率を変化させて所望の大きさ及び周波数の三相交流電圧を出力させる制御装置において、
前記各相の電圧指令値を前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間とに分割し、これらの期間ごとの電圧指令値を、三相インバータから目標電圧を出力させるための基になる各相の電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDVB,DWAもしくはDWBとし、かつ、前記キャリアの一周期内における各相の電圧指令値の時間平均値を前記基になる各相の電圧指令値とそれぞれ一致させると共に、
前記電圧指令値生成手段により生成される各相の電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする。
DUA=AU・DU (1≦AU・DUならばDUA=1)
DUB=2DU−DUA
DVA=AV・DV (1≦AV・DVならばDVA=1)
DVB=2DV−DVA
DWA=AW・DW (1≦AW・DWならばDWA=1)
DWB=2DW−DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1,0≦DU,DV,DW≦1とする。)
更に、請求項21に係る三相インバータは、直流電圧源に並列に接続されたコンデンサに対して、二つの半導体スイッチング素子の直列回路が3個、互いに並列に接続され、前記二つの半導体スイッチング素子同士の接続点を各相の交流出力端子とした三相インバータの主回路と、
前記各相の出力電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、前記電圧指令値生成手段により生成された各相の出力電圧指令値とキャリアとをそれぞれ比較して前記半導体スイッチング素子を駆動するためのPWMパルスを生成する比較手段と、前記PWMパルスに基づいて全ての前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動パルスを生成する分配手段と、を備え、前記半導体スイッチング素子のオン・オフにより前記交流出力端子に現れる前記直流電圧源の電圧の時間比率を変化させて所望の大きさ及び周波数の三相交流電圧を出力させる制御装置と、
を備えた三相インバータにおいて、
前記各相の電圧指令値を前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間とに分割し、これらの期間ごとの電圧指令値を、三相インバータから目標電圧を出力させるための基になる各相の電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDVB,DWAもしくはDWBとし、かつ、前記キャリアの一周期内における各相の電圧指令値の時間平均値を前記基になる各相の電圧指令値とそれぞれ一致させると共に、
前記電圧指令値生成手段により生成される各相の電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする。
DUA=AU・DU (1≦AU・DUならばDUA=1)
DUB=2DU−DUA
DVA=AV・DV (1≦AV・DVならばDVA=1)
DVB=2DV−DVA
DWA=AW・DW (1≦AW・DWならばDWA=1)
DWB=2DW−DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1,0≦DU,DV,DW≦1とする。)
そして、本発明は、
少なくとも二相のうち第1相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上となり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満となる電圧指令値であり、
前記二相のうち第2相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満となり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上となる電圧指令値であると共に、
前記一周期における前記第1相の電圧指令値が前記第1相の目標電圧の時間平均値に等しく、かつ、前記一周期における前記第2相の電圧指令値が前記第2相の目標電圧の時間平均値に等しいことを特徴とする。
請求項23に係る三相インバータの制御方法は、請求項22に記載した三相インバータの制御方法において、
前記所定期間または前記残存期間における電圧指令値と目標電圧との比率である指令値比率が、前記第1相及び前記第2相ともに等しいことを特徴とする。
前記所定期間または前記残存期間における電圧指令値と目標電圧との比率である指令値比率が、前記第1相と前記第2相とで異なることを特徴とする。
前記第1相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上となり、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満となる電圧指令値であり、かつ、
前記第2相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満となり、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上となる電圧指令値であるモードと、
前記第1相の電圧指令値及び前記第2相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上となり、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満となる電圧指令値である第2のモードと、を有し、
前記第1のモードと前記第2のモードとを切り替えることを特徴とする。
前記指令値比率を、各相の出力電圧の大きさまたは位相角度、あるいは出力電流の位相角度に応じて変化させることを特徴とする。
そして、本発明は、
前記電圧指令値生成手段が、
少なくとも二相のうち第1相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上になり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満になり、
前記二相のうち第2相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満になり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上になると共に、
前記一周期における前記第1相の電圧指令値が前記第1相の目標電圧の時間平均値に等しく、かつ、前記一周期における前記第2相の電圧指令値が前記第2相の目標電圧の時間平均値に等しくなるように、前記第1相及び前記第2相の電圧指令値をそれぞれ生成することを特徴とする。
各相の電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段、前記電圧指令値生成手段により生成された各相の電圧指令値とキャリアとをそれぞれ比較して前記スイッチング素子を駆動するためのPWMパルスを生成する比較手段、前記PWMパルスに基づいて全ての前記スイッチング素子を駆動するための駆動パルスを生成する分配手段、を備え、前記スイッチング素子のオン・オフにより前記交流出力端子に現れる前記直流電圧源の電圧の時間比率を変化させて所望の大きさ及び周波数の三相交流電圧を出力させる制御装置と、
を備えた三相インバータである。
そして、本発明は、
前記電圧指令値生成手段が、
少なくとも二相のうち第1相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上になり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満になり、
前記二相のうち第2相の電圧指令値は、前記キャリアの一周期内の前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満になり、かつ、前記一周期内の残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上になると共に、
前記一周期における前記第1相の電圧指令値が前記第1相の目標電圧の時間平均値に等しく、かつ、前記一周期における前記第2相の電圧指令値が前記第2相の目標電圧の時間平均値に等しくなるように、前記第1相の電圧指令値及び前記第2相の電圧指令値をそれぞれ生成することを特徴とする。
また、複数種類のキャリアを用いたり、空間ベクトル制御を行うための複雑な演算を要求されることもないため、汎用のマイコンを用いて実現可能であり、制御装置や冷却手段を含む装置全体の低コスト化、小型化を図ることができる。
更に、従来の一般的な二相変調方式による特定のスイッチング素子の過熱や、騒音の増加を防止することも可能である。
一般に、インバータの交流側の電圧及び電流の基本波成分は、インバータの交流出力側(負荷)の状態によって定まり、これによってインバータの交流側有効電力も同様に定まる。一方、インバータの直流電圧は変動することはあるものの、基本的には所定の直流電圧値に維持される。インバータの直流側有効電力は、インバータの交流側有効電力とインバータ自体の損失との和に相当するが、インバータ自体の損失は少ない方が好ましいと共に自由に調整できる性質のものではないため、結局は、インバータの直流側有効電力(直流電圧値と直流側電流の直流成分との積)は交流側の動作状態によって実質的に決まると言える。
すなわち、インバータの直流部ひいてはコンデンサのリプル電流成分を低減することは、インバータの交流側の動作状態によって決まる交流側の電圧及び基本波成分の制約の中で、リプル電流成分が小さくなるように出力電圧パルスを生成することにほかならない。
また、PWMパルスの発生タイミング及び発生頻度の調整を、キャリアの1周期ではなく2周期以上にわたってパルス幅の総和を維持しつつ調整することも可能であり、その場合には更に調整の自由度を高めることができる。
なお、上記の作用は、二相変調方式、三相変調方式の何れにも当てはまるものであり、インバータの相数も三相に限定されない。
図1(a)に示すように、一キャリア周期T内では、
・期間ta:一相の上アームのスイッチング素子をオンし、下アームのスイッチング素子をオフすることにより、直流電圧源Bの正極Pの電圧(振幅をVPとする)を出力する、
・期間tb:一相の下アームのスイッチング素子をオンし、上アームのスイッチング素子をオフすることにより、直流電圧源Bの負極Nの電圧(0[V])を出力する、
・期間tc:再び、期間taと同様に正極Pの電圧を出力する、
という動作が順に繰り返される。
Vave=VP×Σ(TP)/T
によって表すことができる。ここで、VPは上述したごとく正極Pの電圧振幅、Σ(TP)は周期Tの間にVPを出力する期間の総和であり、図1(a)では、Σ(TP)=ta+tcである。
このことを利用して、PWM制御では、キャリア周期Tの間にインバータが交流側に発生するべき電圧の平均値Vaveをパルス幅の調整により実現している。
なお、複数周期(例えば2周期)にわたって、
Vave=VP×Σ(TP)/2T
によりパルス幅を調整しても良い。キャリア周期が変化する場合でも、対象周期の合計を上記の数式の分母に設定したうえで、目標とする電圧の平均値Vaveに対するΣ(TP)を求めることができる。
すなわち、本発明を実現する場合の自由度はこの点にあり、パルスを発生させるタイミング及び発生頻度を適宜調整することにより、コンデンサのリプル電流成分を低減することが本発明の要旨である。
例えば、キャリアとしての三角波と電圧指令値とを比較するキャリア比較方式では、三角波をカウンタのカウントアップ,カウントダウンにより生成し、その値と電圧指令値とを比較して両者の大小関係が反転した時点でパルスを切り替えており、また、非特許文献3に示されているような空間ベクトル制御方式においても、どの電圧ベクトルをどれだけの期間出力させるかということをカウンタによって制御している。
一般に流通している汎用マイコンを用いてインバータを制御する場合には、単一のカウンタの使用を前提として設計されることが多く、PWMパルスの生成のために用いるカウンタは通常、各相とも共通である。従って、汎用マイコンを用いて先願発明を実現することは困難であり、外部回路を設けるなどの処置が必要となる。
すなわち、非特許文献3に開示されている技術は、汎用マイコンによって各相共通の単一のカウンタを用いることを前提とする限り、実現が困難である。
従って、図1(b)に示すように、一相の電圧指令値の更新を三角波の上下の頂点にて行うことにより、その結果をパルスのタイミングに反映させることができる。
なお、コンデンサの温度上限の観点から、発熱による温度上昇の緩和は大きな課題であり、例えばポリプロピレンを用いたフィルムコンデンサの温度上限は105℃程度であるところ、実際の動作温度は最大で100℃に達することもあるため、同じ動作条件で温度上昇を僅か(例えば、2〜3℃)でも低減できれば、有意な効果と言うことができる。特に、本発明はソフトウェア処理による実現に適しているため、インバータのハードウェアの追加コストがゼロまたはごく小さいという利点がある。
制御装置10の各機能は、汎用のマイコンが有するハードウェアと、このハードウェアに搭載されたソフトウェアによって実現される。図7において、11はキャリア周波数fcに基づき単一の計数手段12を動作させて各相共通のキャリアとしての三角波または鋸歯状波を生成するキャリア生成手段、13は電圧・電流検出値が入力されて各相の電圧指令値を演算する電圧指令値生成手段、14はキャリアと各相の電圧指令値とを比較して変形PWMパルスを生成する比較手段、15は変形PWMパルスに基づいて全てのスイッチング素子UP〜WNに対する駆動パルスを生成する分配手段である。
なお、電圧指令値生成手段13に入力されている電圧指令値DU,DV,DW、比率AU,AV,AW及び負荷力率については、後述する第3発明の実施例において説明する。
なお、以下の各実施例は、図18に示したように、直流電圧源B、コンデンサC、及びスイッチング素子UP,VP,WP,UN,VN,WN等を備え、キャリアと各相の出力電圧指令値とを比較してPWM制御される三相インバータを対象とする。
すなわち、第2発明では、図19,図20等に示した従来の一般的な二相変調方式(一定期間にわたり、一相のスイッチング素子のオン・オフ状態を固定して残り二相のスイッチング素子のオン・オフを制御する変調方式)の代わりに、変調相である二相の電圧指令値を所定の変換規則に従って変換する。そして、この変換後の電圧指令値を単一のキャリアと比較して得た変形PWMパルスを用いてスイッチングすることによりリプル電流成分を低減する二相変調方式(便宜的に、変形二相変調方式という)を用いている。
まず、図2は、第2発明の実施例1であり、第1周期,第2周期ではU相の電圧指令値Uを固定すると共にV相,W相を変調相としている。図2(a)は、比較のために従来の一般的な二相変調によるキャリアと各相の電圧指令値U,V,Wとを示しており、図20におけるキャリア及び電圧指令値U,V,Wと同じ波形である。
この実施例1では、図2(a)の電圧指令値U,V,Wを、以下に説明する変換規則により、図2(b)の電圧指令値U(元のまま),Vt,Wtにそれぞれ変換してキャリアと比較する。
まず、キャリアである三角波の山(傾きが正から負に変化する頂点)の波高値を“1”とし、三角波の谷(傾きが負から正に変化する位置)の波高値を“0”とすると、キャリアの上り半周期では数式1、下り半周期では数式2により、電圧指令値Vt,Wtをそれぞれ生成する。前述したごとく、電圧指令値Uについては元のままである。
これらのV1,W1,V2,W2を用いて変換後の電圧指令値Vt,Wtの大きさを表すと、第1周期では、キャリアの上り半周期においてVt=1,Wt=0、キャリアの下り半周期においてVt=(2V1−1)、Wt=2W1となる。また、第2周期では、キャリアの上り半周期においてVt=2V2,Wt=0、キャリアの下り半周期においてVt=0,Wt=2W2となる。
原則として、出力電圧が正極Pの電位または負極Nの電位に固定される第1相(ここではU相)を除く第2,第3相(ここではV相,W相)につき、一方の相の電圧指令値をキャリアの上り半周期で出力し、他方の相の電圧指令値をキャリアの下り半周期で出力する。これにより、三相全ての交流出力端子が直流電圧源Bの正極Pまたは負極Nに同時に接続される期間(idc=0となる期間)をなくし、直流電流idcの変化量を小さくしてコンデンサCのリプル電流成分iCを低減する。
図3の例では、第1周期における下り半周期の電圧指令値Wtの大きさを2W1とし、第2周期における上り半周期の電圧指令値Vtの大きさを2V2とし、かつ、下り半周期の電圧指令値Wtの大きさを2W2としている。
図3の例では、第1周期における下り半周期の電圧指令値Vtの大きさを(2V1-1)としている。
上記の動作は60°毎に規則的に繰り返されるため、単一の60°期間について動作を規定すれば、電圧指令値の一周期全体の動作を規定することができる。このため、本実施形態では、三相のうち、例えばU相の出力電圧を正極Pの電位に固定し、V相,W相を変調相として説明している。
このようにして電圧指令値を変換することにより、変調する二相については電圧指令値の重複を回避することができる。ここで、変調する二相の電圧指令値の元の大きさが何れも“0.5”より小さければ、変換後の電圧指令値の重複は生じない。これに対し、二相のうち一方の電圧指令値の元の大きさが“0.5”より大きいと、電圧指令値の重複が生じてしまう。しかし、その重複期間は通常の二相変調の場合よりも小さくなることがあり、直流電流idcに含まれるリプル電流成分を低減する効果が期待できる。
なお、本実施例では、キャリアが下りから上りに切り替わる時点で電圧指令値を更新しているが、キャリアが上りから下りに切り替わる時点で電圧指令値を更新しても良く、この点は他の実施形態でも同様である。
しかしながら、電圧指令値をゼロにしなくても、元の電圧指令値をキャリア一周期における平均値とし、上り半周期の電圧指令値と下り半周期の電圧指令値とを、前記平均値に対して所定の大小関係を持つように設定すれば、従来の二相変調に対してidc=0になる期間を減らすことができる。
次に、第2発明の実施例2を説明する。
一般に、スイッチング動作は、インバータの主回路における電流及び電圧の急峻な変化を生じ、これによって発生する電磁的な擾乱が正確な電流検出を妨げるおそれがある。通常の制御では、キャリアの山と谷の近傍ではスイッチングが行われない動作条件が多いため、キャリアの山または谷、あるいはその近傍で電流を検出することが多い。従って、図20に示したようにキャリアの山を含む期間に電流検出や指令値演算等を行い、キャリアの山や谷を避けてスイッチングを行えば、電磁的な擾乱の発生を防ぐことができる。
スイッチングが行われないタイミングを適宜求めて電流を検出することも可能であるが、その場合には電圧指令値の演算を固定的なタイミングで行うことができなくなり、電圧指令値の演算時間が不足したり、制御系が不安定になったりすることも危惧される。
図4は、実施例2の動作説明図である。図4(a)は、比較のために実施例1によるキャリアと各相の電圧指令値を示しており、図3の上段に示したものと同じ波形である。
なお、第2周期の上り半周期ではVt’=0、下り半周期ではWt’=0である。
また、図4(b)のように、少なくとも一方の電圧指令値が0.5より大きい場合には、キャリアの谷でスイッチングが行われる場合が生じるものの、その頻度は減るため、擾乱の影響を相当程度、低減させることが可能である。
次いで、第2発明の実施例3を説明する。図5は、実施例3の動作説明図である。
前述した実施例2により、図5に示すようにキャリアの連続する2周期にまたがって元の電圧指令値、例えばWt’が変化しなければ、第1周期と第2周期との境界点(キャリアの谷)を中心に電圧指令値が対称となり、このタイミングでは完全にスイッチングが生じなくなる。よって、このタイミングで電流を検出すれば、スイッチングに伴う擾乱の影響を受けることがない。
次に、第2発明の実施例4を説明する。図6は、実施例4の動作説明図である。
前述した各実施例では、キャリアの上り半周期と下り半周期とで電圧指令値を切り替えているが、その代わりに、図6に示すごとく、キャリアの連続する2周期において一周期ごとに電圧指令値を切り替えれば、同様な効果を得ることができる。
なお、この場合、実施例2,3に比べて、キャリアの半周期分だけ早く電流検出に適するタイミングが発生する。このため、電圧指令値の演算を早期に開始することができ、次の電圧指令値の更新までの時間を長く確保できるため、演算時間に余裕ができるという効果がある。
また、スイッチング周波数の低下に対する対策は、実施例3と同様に、キャリアの周波数を高くすれば良い。
実施例5は、キャリアとして、対称な三角波以外の波形を用いるものである。
図6の例によれば、第1周期,第2周期のそれぞれにおいて電圧指令値が変化しないため、キャリアとしては、鋸歯状波、または、上り勾配,下り勾配が非対称な三角波を用いても良い。ここで、鋸歯状波とは、ある周期内の山のタイミングが次の周期における谷のタイミングに一致するキャリアとしての三角波をいうものとする。
鋸歯状波ではその山,谷のタイミングでスイッチングが行われるため、そのタイミングは電流検出には適さないと言えるが、直流電流idcが0になる期間を少なくしてリプル電流を低減する効果は、各実施例と同様に達成可能である。
すなわち、図7 に示した制御装置10において、キャリア生成手段11は計数手段12の動作により三角波を生成し、この三角波と各相の電圧指令値とを比較手段14にて比較することにより、変形PWMパルスを生成する。そして、この変形PWMパルスに基づいて、分配手段15が全てのスイッチング素子UP〜WNに対する駆動パルスを生成するものである。
前述した第2発明では、変形二相変調方式を用いることでリプル電流成分を低減しているが、第3発明におけるPWM制御方式としては、三相インバータの各相の電圧指令値と、キャリアとしての三角波とを比較してインバータを制御する三相変調方式を採用している。
この場合、三相の電圧指令値のうち少なくとも二相の電圧指令値については、三角波の一周期内の所定期間及び残存期間(例えば、キャリアである対称三角波の一周期の前半(上り)期間及び後半(下り)期間)において、従来の三相変調方式により目標電圧を三相インバータから出力させるための基になる電圧指令値に対して増減させ、かつ、これらの増減させる二相の電圧指令値の時間平均値が基になる各相の電圧指令値とそれぞれ等しくなるように設定する。
これにより、従来の一般的な三相変調方式と同一の出力電圧を得ることを可能にしつつ、各相の電圧指令値と三角波との比較によってパルスの発生タイミングをずらした変形PWMパルスを生成し、この変形PWMパルスをスイッチングに使用することで、コンデンサに流れるリプル電流を低減させて発熱を抑制することができる。
また、以下の説明において、三角波の大きさは0〜1とし(0≦三角波≦1)、三相インバータの三つの相(U相,V相,W相)の電圧指令値をDX(添え字XはU,V,Wの何れか)として表すと共に、これらの電圧指令値DXの最小値を0、最大値を1とする(0≦DX≦1)。
始めに、第3発明に係る実施例6を説明する。
まず、三角波と比較されるU相〜W相の元の電圧指令値をDU,DV,DWとする。この電圧指令値DU,DV,DWは、目標電圧である三相交流電圧をインバータ主回路から出力させるためのものである。
また、U相,V相,W相の電圧指令値を、三角波の半周期ごと、すなわち三角波の一周期の前半(上り)期間と後半(下り)期間とに分割し、これらの半周期ごとの電圧指令値について、元の電圧指令値以上である場合に添字Aを、元の電圧指令値未満である場合に添字Bを、それぞれ付記するものとする。つまり、元の電圧指令値以上である各相の電圧指令値をDUA,DVA,DWA、元の電圧指令値未満である各相の電圧指令値をDUB,DVB,DWBとする。
第3発明は、これらの電圧指令値DUA,DUB,DVA,DVB,DWA,DWBを三角波と比較して変形PWMパルスを生成する方法に特徴を有する。
ちなみに、Aを1とすると、三角波の一周期中の電圧指令値は従来の一般的な三相変調方式と同じになる(例えば、DUA=DUB=DU)。
いま、三角波と比較される各相の元の電圧指令値DU,DV,DWを数式10〜12のように定義する。これらの数式において、λは変調率であり、インバータの出力電圧の大きさ(交流電圧の振幅)を決定する要素である。また、θは角度である。
なお、三角波よりも電圧指令値が大きいときには、インバータの各相の上アームのスイッチング素子をオンさせ、これと相補の関係で下アームのスイッチング素子をオンさせる。
なお、U相の電圧指令値は、期間t1,t2にわたって元の電圧指令値DUのままとし(DUA=DUB=DU)、大きさを変化させていない。
また、図9における各アームのスイッチング素子のオン信号からも明らかなように、何れのスイッチング素子もオン・オフを繰り返し行っており、いわゆる三相変調が行われていることがわかる。
つまり、コンデンサ電流iCを低減するために、前述した先願発明では、三つの相電圧指令値のうち、一つの電圧指令値をキャリア三角波の最大値または最小値に保持する、いわゆる二相変調が前提条件となっている。これに対し、本実施例では二相変調を行わずにiCを低減することができ、二相変調に起因する特定のスイッチング素子の過熱や騒音の増加等の問題を解消することができる。
なお、−30°≦θ≦30°以外の角度範囲においても、前記同様に各相の重みを入れ替えれば、−30°≦θ≦30°の角度範囲と同様な結果になる。
図11において、重みA=1の条件は、従来の三相変調方式と同じである。λ=0.2の場合を除けば、重みA>1とすることにより、従来に比べてコンデンサ電流実効値を低減できることがわかる。また、変調率が0.6≦λ≦1では、A=2のときにコンデンサ電流実効値が最小となる。
これらのことは、重みAと変調率λとの兼ね合いで各スイッチング素子がオン・オフするタイミングが変化し、それによって、インバータの直流部に流れる電流の大きさが変わるためと考えられる。
図12,図13,図14は、それぞれ、動作例1としてAU=AV=AW=1の場合、動作例2としてAU=1,AV=AW=1.4の場合、動作例3としてAU=1,AV=AW=2の場合の動作波形図である。
各相のオン・オフ状態が(1,0,0)の場合、インバータの直流電流idcとして、U相の電流iUが流れる。この電流iUの大きさは、図12から明らかなように、各相の電流のうち最も大きい。
次に相対的に多いオン・オフ状態が、(0,1,0)である。この場合、直流電流idcとしてはV相電流iVが流れるが、その向きが負であるため、直流電流idcの向きも負になる。このため、直流電流idcは正負の値を繰り返し、これが原因となって、従来の三相変調方式に比べてコンデンサ電流iCの実効値が増加してしまう。
以上の説明から明らかなように、変調率の大きさに応じて重みAを最適な値に設定すれば、コンデンサ電流iCの実効値を最小にすることが可能となる。
次に、本発明に係る実施例8について説明する。この実施例では、負荷力率がコンデンサの電流実効値に及ぼす影響を調べるために、表4に示す条件でインバータ各部の動作波形を求めた。
なお、表4の条件は、実施例7で説明した条件に対して、負荷力率が悪化している点を除けば同じである。
表6に示す条件2では、各相の重みが実施例7の動作例2により用いた値、すなわち、AU=1,AV=AW=1.4である。
表7に示す条件3では、−30°≦θ≦0°の範囲において、AU=1.4,AV=1.2,AW=1であり、また、0°≦θ≦30°の範囲において、AU=1,AV=1.2,AW=1.4である。
実施例6,7では、重みを持たせる二つの相の重みAの値が等しいのに対し、この実施例8では、重みを持たせる二つの相(表7の−30°≦θ≦0°の範囲ではU相,V相、同じく0°≦θ≦30°の範囲ではV相,W相)で重みAの値が異なっている点が相違している。
これに対し、実施例8では、特に−30°≦θ≦30°の範囲では、例えばU相,V相に重みを持たせたとすると、三角波の前半期間の電圧指令値はDUA,DVA、後半期間の電圧指令値はDUB,DVBというように、三角波の前半と後半とで、元の電圧指令値と変更後の電圧指令値との大小関係を二つの相で同じにする点が実施例6,7と相違している。
例えば、三角波が非対称である場合に、三角波の上りの期間と下りの期間(上りの期間≠下りの期間)とで、元の電圧指令値に対してそれぞれ増減させても良く、何れにしても、三角波の一周期内における各相の電圧指令値の時間平均値が各相の元の電圧指令値とそれぞれ一致していれば良い。
すなわち、電圧指令値生成手段13は、電圧・電流検出値と、元の電圧指令値DU,DV,DW、重みAU,AV,AW、及び負荷力率等に基づいて電圧指令値DUA,DUB,DVA,DVB,DWA,DWBを生成し、これらの電圧指令値DUA,DUB,DVA,DVB,DWA,DWBと、キャリア生成手段11内の計数手段12を用いて生成した対称三角波や非対称三角波とを比較手段14にて比較することにより、変形PWMパルスを生成する。以後の動作については第1発明、第2発明と同様である。
C:コンデンサ
L:リアクトル
UP,VP,WP,UN,VN,WN:半導体スイッチング素子
M:三相交流負荷
P:正極
N:負極
TU,TV,TW:交流出力端子
10:制御装置
11:キャリア生成手段
12:計数手段
13:電圧指令値生成手段
14:比較手段
15:分配手段
Claims (37)
- 直流電圧源に並列に接続されたコンデンサに対して、二つの半導体スイッチング素子の直列回路が複数、互いに並列に接続され、前記二つの半導体スイッチング素子同士の接続点を各相の交流出力端子としたインバータの制御方法であって、各相の出力電圧指令値とキャリアとを比較して得たPWMパルスを用いて前記半導体スイッチング素子を制御するインバータの制御方法において、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を制御上必要な程度を超えて異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記半導体スイッチング素子を制御することを特徴とするインバータの制御方法。 - 前記計数手段の出力を、前記インバータの各相の出力電圧指令値と比較して前記変形PWMパルスを生成するための前記キャリアの生成に用いることを特徴とする、
請求項1に記載のインバータの制御方法。 - 前記キャリアが三角波または鋸歯状波であることを特徴とする、
請求項1に記載のインバータの制御方法。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記変形PWMパルスの生成では、前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の前記変形PWMパルスが生成される際に、
第1相については、前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持するように前記半導体スイッチング素子を制御する、前記第1相の変形PWMパルスが生成され、
第2相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第2相用変換電圧指令値が用いられ、
第3相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第3相用変換電圧指令値が用いられることを特徴とする、
請求項1に記載のインバータの制御方法。 - 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、前記三角波の一周期の上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記一周期における平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、前記三角波の前記一周期の上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記一周期における平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項4に記載のインバータの制御方法。 - 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
前記三角波の上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記第1周期における平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記第1周期における平均値より小さく、
前記連続する二周期のうち第2周期では、
前記三角波の上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記第2周期における平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の前記第2周期における平均値より大きく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記第1周期では、
前記三角波の上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記第1周期における平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記第1周期における平均値より大きく、
前記第2周期では、
前記三角波の上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記第2周期における平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の前記第2周期における平均値より小さい、
ことを特徴とする、請求項4に記載のインバータの制御方法。 - 前記第2相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項4に記載のインバータの制御方法。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記変形PWMパルスの生成では、
前記各相の出力電圧指令値として、
前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間ごとに、
前記三相インバータから目標電圧を出力させるための基となる各三相の出力電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた変換電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDUB,DWAもしくはDWBが用いられ、
前記キャリアの一周期内における各三相の変換電圧指令値の時間平均値は、前記基となる各三相の出力電圧指令値とそれぞれ等しくなるように設定されており、かつ、
前記各三相の変換電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする、
請求項1に記載のインバータの制御方法。
DUA
= AU・DU (1≦AU・DUならばDUA = 1)
DUB
= 2DU − DUA
DVA
= AV・DV (1≦ AV・DVならばDVA = 1)
DVB
= 2DV − DVA
DWA
= AW・DW (1≦ AW・DWならばDWA = 1)
DWB
= 2DW − DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1, 0≦ DU, DV,
DW ≦1とする。) - 前記各三相の中の少なくとも二相のうち第1相の変換電圧指令値は、前記所定期間における前記第1相の出力電圧が前記一周期内に出力するべき前記第1相の目標電圧の時間平均値以上となり、かつ、前記残存期間における前記第1相の出力電圧が前記第1相の前記目標電圧の時間平均値未満となるよう設定され、
前記二相のうち第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における前記第2相の出力電圧が前記一周期内に出力するべき前記第2相の目標電圧の時間平均値未満となり、かつ、前記残存期間における前記第2相の出力電圧が前記第2相の前記目標電圧の時間平均値以上となるよう設定されていることを特徴とする、
請求項8に記載のインバータの制御方法。 - 前記所定期間または前記残存期間における変換電圧指令値と前記基となる出力電圧指令値との比率である指令値比率が、前記第1相及び前記第2相ともに等しいことを特徴とする、
請求項9に記載のインバータの制御方法。 - 前記所定期間または前記残存期間における変換電圧指令値と前記基となる出力電圧指令値との比率である指令値比率が、前記第1相と前記第2相とで異なることを特徴とする、
請求項9に記載のインバータの制御方法。 - 前記第1相の変換電圧指令値は、前記所定期間における前記第1相の出力電圧が前記一周期内に出力するべき前記第1相の目標電圧の時間平均値以上となり、前記残存期間における前記第1相の出力電圧が前記第1相の前記目標電圧の時間平均値未満となる出力電圧指令値であり、かつ、
前記第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における前記第2相の出力電圧が前記一周期内に出力するべき前記第2相の目標電圧の時間平均値未満となり、前記残存期間における前記第2相の出力電圧が前記第2相の前記目標電圧の時間平均値以上となる出力電圧指令値である第1のモードと、
前記第1相の変換電圧指令値及び前記第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における前記第1相及び第2相の出力電圧が前記一周期内に出力するべき前記第1相及び第2相の目標電圧の時間平均値以上となり、前記残存期間における前記第1相及び第2相の出力電圧が前記第1相及び第2相の前記目標電圧の時間平均値未満となる出力電圧指令値である第2のモードと、を有し、
前記第1のモードと前記第2のモードとを切り替えることを特徴とする、
請求項11に記載したインバータの制御方法。 - 前記指令値比率を、各相の出力電圧の大きさまたは位相角度、あるいは出力電流の位相角度に応じて変化させることを特徴とする、
請求項10ないし12のいずれか一項に記載のインバータの制御方法。 - 直流電圧源に並列に接続されたコンデンサに対して、二つの半導体スイッチング素子の直列回路が複数、互いに並列に接続され、前記二つの半導体スイッチング素子同士の接続点を各相の交流出力端子としたインバータの制御装置であって、各相の出力電圧指令値とキャリアとを比較することにより前記半導体スイッチング素子を制御するためのPWMパルスを生成する制御装置において、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を制御上必要な程度を超えて異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記半導体スイッチング素子を制御することを特徴とするインバータの制御装置。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記制御装置は、前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の前記変形PWMパルスを生成する際、
第1相については、前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持するように前記半導体スイッチング素子を制御する、前記第1相の変形PWMパルスを生成し、
第2相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第2相用変換電圧指令値を用い、
第3相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第3相用変換電圧指令値を用いることを特徴とする、
請求項14に記載のインバータの制御装置。 - 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、前記三角波の上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、前記三角波の上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項15に記載のインバータの制御装置。 - 前記第2相用変換電圧指令値を、前記三角波の下り半周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相用変換電圧指令値を、前記三角波の上り半周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする、請求項16に記載のインバータの制御装置。
- 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記連続する二周期のうち第2周期では、
上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記第1周期では、
上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記第2周期では、
上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さい、
ことを特徴とする、請求項15に記載のインバータの制御装置。 - 前記第2相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項15に記載のインバータの制御装置。 - 前記第2相用変換電圧指令値を、前記第2周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相用変換電圧指令値を、前記第1周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする、
請求項19に記載のインバータの制御装置。 - 前記キャリアが三角波であることを特徴とする、
請求項19または20に記載のインバータの制御装置。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記制御装置は、
各相の前記出力電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
各相の前記出力電圧指令値と前記キャリアとをそれぞれ比較することで前記変形PWMパルスを生成する比較手段と、
前記変形PWMパルスに基づいて全ての前記半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを生成する分配手段と、を備え、
前記比較手段では、前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間ごとに、
前記三相インバータから目標電圧を出力させるための基となる各相の出力電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた変換電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDUB,DWAもしくはDWBが、前記出力電圧指令値として用いられ、前記変換電圧指令値は、前記電圧指令値生成手段により生成され、
前記キャリアの一周期内における各相の変換電圧指令値の時間平均値は、前記基となる各相の出力電圧指令値とそれぞれ等しくなるように設定されており、かつ、
前記各相の変換電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする、
請求項14に記載のインバータの制御装置。
DUA
= AU・DU (1≦ AU・DUならばDUA = 1)
DUB
= 2DU − DUA
DVA
= AV・DV (1≦AV・DVならばDVA = 1)
DVB
= 2DV − DVA
DWA
= AW・DW (1≦ AW・DWならばDWA = 1)
DWB
= 2DW − DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1, 0≦ DU, DV,
DW ≦1とする。) - 前記電圧指令値生成手段は、
少なくとも二相のうち第1相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上になり、かつ、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満になり、
前記二相のうち第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満になり、かつ、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上になるように、前記第1相及び前記第2相の変換電圧指令値をそれぞれ生成することを特徴とする、
請求項22に記載のインバータの制御装置。 - 前記所定期間または前記残存期間における変換電圧指令値と前記基となる出力電圧指令値との比率である指令値比率が、前記第1相及び前記第2相ともに等しいことを特徴とする、
請求項23に記載のインバータの制御装置。 - 前記所定期間または前記残存期間における変換電圧指令値と前記基となる出力電圧指令値との比率である指令値比率が、前記第1相と前記第2相とで異なることを特徴とする、
請求項23に記載のインバータの制御装置。 - 前記第1相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上となり、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満となる出力電圧指令値であり、かつ、
前記第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満となり、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上となる出力電圧指令値である第1のモードと、
前記第1相の変換電圧指令値及び前記第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上となり、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満となる出力電圧指令値である第2のモードと、を有し、
前記第1のモードと前記第2のモードとを切り替えることを特徴とする、
請求項25に記載のインバータの制御装置。 - 前記指令値比率を、各相の出力電圧の大きさまたは位相角度、あるいは出力電流の位相角度に応じて変化させることを特徴とする、
請求項24ないし26のいずれか一項に記載のインバータの制御装置。 - 直流電圧源に並列に接続されたコンデンサに対して、二つの半導体スイッチング素子の直列回路が複数、互いに並列に接続され、前記二つの半導体スイッチング素子同士の接続点を各相の交流出力端子とすると共に、各相の出力電圧指令値とキャリアとを比較して生成したPWMパルスを用いて前記半導体スイッチング素子を制御するインバータにおいて、
前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の各相出力電圧の時間平均値と前記キャリアとを比較して得られる想定PWMパルスに対して、前記期間における各相のパルス幅の総和がほぼ等しく、かつ少なくとも一相のパルスの発生タイミング及び/または発生頻度を制御上必要な程度を超えて異ならせた変形PWMパルスを、各相共通に用いられる計数手段の出力に基づいて生成し、前記変形PWMパルスを用いて前記半導体スイッチング素子を制御することを特徴とするインバータ。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記インバータは、前記キャリアの一周期または複数周期に相当する期間の前記変形PWMパルスを生成する際、
第1相については、前記第1相の交流出力電圧を前記直流電圧源の正極電位または負極電位に保持するように前記半導体スイッチング素子を制御する、前記第1相の変形PWMパルスを生成し、
第2相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第2相用変換電圧指令値を用い、
第3相については、発生タイミング及び/または発生頻度を前記想定PWMパルスに対して異ならせた変形PWMパルスを生成するための、第3相用変換電圧指令値を用いることを特徴とする、
請求項28に記載のインバータ。 - 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、前記三角波の上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、前記三角波の上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項29に記載のインバータ。 - 前記第2相用変換電圧指令値を、前記三角波の下り半周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相用変換電圧指令値を、前記三角波の上り半周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする、
請求項30に記載のインバータ。 - 前記キャリアは三角波であり、
前記第2相用変換電圧指令値は、
前記三角波の連続する二周期のうち第1周期では、
上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記連続する二周期のうち第2周期では、
上り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記第1周期では、
上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記第2周期では、
上り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きく、かつ、下り半周期では前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さい、
ことを特徴とする、請求項29に記載のインバータ。 - 前記第2相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より大きく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第2相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記第3相用変換電圧指令値は、
前記キャリアの連続する二周期のうち第1周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より小さく、
前記キャリアの連続する二周期のうち第2周期では、前記二周期における前記第3相の出力電圧指令値の平均値より大きい、
ことを特徴とする、請求項29に記載のインバータ。 - 前記第2相用変換電圧指令値を、前記第2周期ではゼロまたは最小値とし、前記第3相用変換電圧指令値を、前記第1周期ではゼロまたは最小値としたことを特徴とする、
請求項33に記載のインバータ。 - 前記キャリアが三角波であることを特徴とする、
請求項33または34に記載のインバータ。 - 前記インバータは、前記直列回路を3個有する三相インバータで、
前記インバータはさらに、
各相の前記出力電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
各相の前記出力電圧指令値と前記キャリアとをそれぞれ比較することで前記変形PWMパルスを生成する比較手段と、
前記変形PWMパルスに基づいて全ての前記半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを生成する分配手段と、を有する制御装置を備え、
前記比較手段では、前記キャリアの一周期内の所定期間と残存期間ごとに、
前記三相インバータから目標電圧を出力させるための基となる各相の出力電圧指令値DU,DV,DWに対して増加または減少させた変換電圧指令値DUAもしくはDUB,DVAもしくはDUB,DWAもしくはDWBが、前記出力電圧指令値として用いられ、前記変換電圧指令値は、前記電圧指令値生成手段により生成され、
前記キャリアの一周期内における各相の変換電圧指令値の時間平均値は、前記基となる各相の出力電圧指令値とそれぞれ等しくなるように設定されており、かつ、
前記各相の変換電圧指令値DUA,DUB;DVA,DVB;DWA,DWBは、各相について任意の比率AU,AV,AWを設定したときに、それぞれ以下の数式によって表されることを特徴とする、
請求項28に記載のインバータ。
DUA
= AU・DU (1≦ AU・DUならばDUA = 1)
DUB
= 2DU − DUA
DVA
= AV・DV (1≦AV・DVならばDVA = 1)
DVB
= 2DV − DVA
DWA
= AW・DW (1≦AW・DWならばDWA = 1)
DWB
= 2DW − DWA
(ただし、0≦キャリアの大きさ≦1, 0≦DU, DV,
DW ≦1とする。) - 前記電圧指令値生成手段は、
少なくとも二相のうち第1相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値以上になり、かつ、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値未満になり、
前記二相のうち第2相の変換電圧指令値は、前記所定期間における出力電圧が前記一周期内に出力するべき目標電圧の時間平均値未満になり、かつ、前記残存期間における出力電圧が前記目標電圧の時間平均値以上になるように、前記第1相及び前記第2相の変換電圧指令値をそれぞれ生成することを特徴とする、
請求項36に記載のインバータ。
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CN103069707A (zh) * | 2010-09-24 | 2013-04-24 | 富士电机株式会社 | 功率转换器及其控制方法 |
JP6116804B2 (ja) * | 2012-02-14 | 2017-04-19 | 株式会社東芝 | 中性点クランプ式インバータ |
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JP6204121B2 (ja) * | 2013-09-09 | 2017-09-27 | 株式会社日立製作所 | モータ駆動システムおよび該システムを搭載する電気鉄道車両 |
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