JPH02179277A - 電力変換器制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は電力変換器制御方法およびその装置に関し、
さらに詳細にいえば、複数のスイッチング素子をブリッ
ジ接続することにより構成され、直流を交流に変換する
電力変換器を離散時間系システムによりフィードバック
制御する電力変換器制御方法およびその装置に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来から電動機等を駆動するために直流を交流に変換す
る電力変換器が広く使用されている。そして、電力変換
器を制御する方法としてパルス幅変調信号（以下、ＰＷ
Ｍ信号と略称する）をゲート信号として供給する方法が
一般的に採用されている。

この場合において、選択的に導通されるべき１対のスイ
ッチング素子が、スイッチング動作の遅れに起因して、
共に導通させられてしまうという不都合を解消させるた
めに、第５図に示すように、両スイッチング素子の導通
期間を若干ずらせてスイッチング動作させるようにして
いる（以下、このずれ時間をデッドタイムと称する）。

尚、第５図Ａは三角波キャリア波形および電圧指令値を
示し、同図Ｂは三角波キャリア波形および電圧指令値に
基づいて生成されたスイッチングパルス波形を示し、同
図Ｃ，Ｄは互に直列接続された１対のスイッチング素子
のスイッチング状態を示している。そして、第５図Ｃ，
Ｄ中Ｔｄがデッドタイムである。

このように各スイッチング素子を制御することにより、
スイッチング素子同士の短絡を確実に阻止することがで
きるのであるが、上記デッドタイムＴｄの期間は両スイ
ッチング素子が遮断状態であるから、電流制御を全く行
なうことができない。

この結果、デッドタイムＴｄの期間において電流波形の
歪が発生し、特に電流値が小さいゼロクロス近傍におい
ては到底無視し得ない電流波形の歪となる。

また、上記各スイッチング素子のスイッチング状態に基
づいて得られる出力電圧波形は第５図Ｅ。

Ｆの何れかになる。即ち、スイッチング素子同士の接続
点から負荷に向かって電流が流れる場合には同図Ｅに示
すように遮断期間の割合が大きくなり、導通期間と遮断
期間とを考慮した１サイクルの出力電圧が電圧指令値よ
りも小さくなる。逆に、負荷からスイッチング素子同士
の接続点に向かって電流が流れる場合には同図Ｆに示す
ように導通期間の割合が大きくなり、導通期間と遮断期
間とを考慮した１サイクルの出力電圧が電圧指令値より
も大きくなる。即ち、前者の場合には出力電圧Ｖが、 Ｖ　−ＶＬ　−（ＶＴｄ−ＶＴＬ）　　　　　　　　・
（１）となり、後者の場合には Ｖ　−ＶＬ　＋　（ＶＴｄ−ＶＴＬ）　　　　　　　　
−＝（２）（但し、ＶＬは電圧指令値、ＶＴｄはデッド
タイムに起因する電圧降下、ＶＴＬはスイッチング素子
のスイッチング遅れに起因する電圧降下）となる。

したがって、上記各式の第２項の影響を打消すように電
圧指令値ＶＬを変化させることにより、デッドタイムの
存在に拘らず出力電圧を正確に制御することができる。

具体的には、 ■　各相のＰＷＭ信号出力電圧を検出してＰｗＭパルス
信号電圧指令値とを比較し、ＰＷＭ信号出力電圧検出値
の偏差をＰＷＭ出力電圧指令値に加算する方法、 ■　各相の出力電流極性を検出し、出力電流の極性に対
応して上記各式の第２項の影響を打消すことができる所
定値を出力電圧指令値に加算する方法、および ■　回転磁界座標系の電流指令値と一次角周波数指令値
とに基づいて出力電圧歪を補償すべき補償電圧値を算出
し、回転磁界座標系の電圧指令値に加算する方法 が提案されている。

しかし、上記■の方法を採用する場合には、アナログ・
ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と略称する）等
が必須になる関係上、構成が著しく複雑化するという問
題があるのみならず、スイッチングノイズ等の影響を受
けてＰＷＭ出力電圧検出値が誤差を含むことになり、デ
ッドタイムの影響を正確には補償することができなくな
ってしまうという問題がある。

上記■の方法を採用する場合には、電流極性を正確に検
出することが著しく困難であり、この結果、デッドタイ
ムの影響を増長するような補償がなされる可能性があり
、かえってリップルを増加させてしまうという問題があ
る。特に、離散時間系システムを採用した場合において
は、電流極性を検出するタイミングと、検出された電流
極性に基づく補償が行なわれるタイミングとが必然的に
ずれてしまい、この結果、デッドタイムの影響を増長す
るような補償がなされる可能性がある。

上記■の方法を採用する場合には、電流指令値および一
次角周波数指令値に基づいて出力電圧歪の発生を予測し
、この予測に基づいて補償を行なうフィードフォワード
補償を採用しているので、必ずしも正確な補償を行なう
ことができるという保障がない。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
離散時間系システムによる電力変換器制御を行なう場合
において、著しく簡単に、かつ正確にデッドタイムの影
響を補償することができる電力変換器制御方法およびそ
の装置を提供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の電力変換器制
御方法は、離散的に得られる電流値に対して、電流方向
を実電流と等しくするオフセット電流を加え、オフセッ
ト電流が加えられた電流値に基づいて電流の方向を判別
し、電流の方向に基づいてデッドタイム補償を行なう方
法である。

但し、上記オフセット電流としては、離散的に得られる
電流値に基づいてゼロクロスが検出された後に設定され
るものであることが好ましい。

上記の目的を達成するための、この発明の電力変換器制
御装置は、離散的に得られる電流値に対して、電流方向
を実電流と等しくするオフセット電流を加える電流値補
正手段と、オフセット電流が加えられた電流値に基づい
て電流の方向を判別する方向判別手段と、電流の方向に
基づいてデッドタイム補償を行なうデッドタイム補償手
段とを有している。

く作用〉 以上の電力変換器制御方法であれば、直流を交流に変換
する電力変換器を離散時間系システムによりフィードバ
ック制御する場合において、離散時間系システムにより
離散的に得、得られた電流値に対して、電流方向を実電
流と等しくするオフセット電流を加え、オフセット電流
が加えられた電流値に基づいて電流の方向を、時間遅れ
等の影響を排除して正確に判別することができる。した
がって、このようにして判別された電流の方向に基づい
てデッドタイム補償を行なうことにより、デッドタイム
の影響を完全に打消すことができる。

そして、上記オフセット電流が、離散的に得られる電流
値に基づいてゼロクロスが検出された後に設定されるも
のであれば、ゼロクロスが検出される毎に極性が異なる
オフセット電流を交互に設定することができ、検出され
たゼロクロスに続く所定範囲においてデッドタイムの影
響を完全に打消すべくデッドタイム補償を行なうことが
できる。

以上の構成の電力変換器制御装置であれば、直流を交流
に変換する電力変換器を離散時間系システムによりフィ
ードバック制御する場合において、離散的に得られる電
流値に対して、電流値補正手段により、電流方向を実電
流と等しくするオフセット電流を加え、オフセット電流
が加えられた電流値に基づいて方向判別手段により電流
の方向を、時間遅れ等の影響を排除して正確に判別し、
判別された電流の方向に基づいてデッドタイム補償手段
によりデッドタイム補償を行なうことにより、デッドタ
イムの影響を完全に打消すことができる。

そして、全体として比較的簡単な構成で高精度のデッド
タイム補償を達成することができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第２図はこの発明の電力変換器制御装置の一実施例の電
気的構成を示す概略ブロック図であり、電流指令値！＊
を人力として必要な演算を施すことにより電圧指令値Ｖ
＊を得る制御演算部（１）と、電圧指令値■＊に対して
デッドタイム補償を施し、補償後の電圧指令値Ｖ＊を得
るデッドタイム補償部■と、電圧指令値Ｖ＊に基づいて
ＰＷＭ信号を得る変調部（３）と、ＰＷＭ信号に対して
デッドタイムを設定するデッドタイム設定部（４）と、
デッドタイムが設定されたＰＷＭ信号に基づいてスイッ
チング動作を行なうインバータ（５）と、インバータ（
５）と電動機のとの間に介挿された電流検出器（６）と
を有している。そして、電流検出器（６）により離散的
に得られる電流検出信号をデッドタイム補償部（２）に
フィードバックしているとともに、制御演算部（１）の
入力側にフィードバックしている。

第１図はデッドタイム補償部（２）の構成を詳細に示す
ブロック図であり、２種類の電圧指令補償値をそれぞれ
保持しているレジスタ（２ａ）　（２ｂ）と、ゼロクロ
ス検出回路（２Ｃ）と、ゼロクロス前の電流の方向を検
出する電流方向検出回路（２ｄ）と、電流方向検出回路
（２ｄ）により検出された電流方向に基づいて該当する
レジスタを選択するセレクタ（２ｅ）と、ゼロクロス検
出回路（２ｃ）から出力されるゼロクロス検出信号に基
づいて、セレクタ（２ｅ）により選択されているレジス
タの内容を一時的に保持するレジスタ（２ｒ）と、電圧
指令値１本およびレジスタ（２ｆ）の内容に基づいて補
償演算を行なう演算部（２ｇ）とを有している。さらに
、２種類のオフセット値をそれぞれ保持しているレジス
タ（２ｈ）（２１）と、検出された電流方向に基づいて
該当するレジスタ（２ｈ）　（２１）を選択するセレク
タ（２ｊ）と、ゼロクロス検出信号に基づいて、セレク
タ（２ｊ）により選択されているレジスタの内容を一時
的に保持するレジスタ（２ｋ）と、サンプリングされた
電流値およびレジスタ（２ｋ）の内容を加算してゼロク
ロス検出回路（２ｃ）に供給する演算部（２ｍ）とを有
している。

以上の構成の電力変換器制御装置の動作は次のとおりで
ある。

電流指令値Ｉ＊から検出電流値Ｉを減算した値を制御演
算部（１）に供給することにより対応する電圧指令値１
本が得られ、この電圧指令値Ｖ＊に対してデッドタイム
補償部０によりデッドタイム補償を施すことにより、補
償後の電圧指令値Ｖ＊が得られる。したがって、この電
圧指令値Ｖ＊に基づいてＰＷＭ信号を得、デッドタイム
Ｔｄを設定したインバータ６）に供給することにより、
上記電圧指令値Ｖ＊に忠実な出力を得るべくスイッチン
グ動作を行なわせることができる。この結果、電動機（
７）を指令値に忠実に動作させることができる。

即ち、上記電圧指令値１本は、上記（１）■式における
ｖＬに相当し、デッドタイムＴｄが設定されることに伴
なう電圧の変動幅は、上記（１）■式における±（Ｖ　
Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ）になる。したがって、デッドタイム補
償部■から出力される電圧指令値１本が、ｖ　＊　−Ｖ
　＊　壬（ＶＴｄ　−ＶＴＬ）となれば、デッドタイム
設定に伴なう電圧の変動を確実に補償できる。

第２図および第３図に示す波形図を参照しながらさらに
詳細に説明する。

電流検出器（６）により離散的に得られる電流検出信号
に基づいて第３図中破線で示す検出電流波形が得られる
。この検出電流波形は、サンプリング時間等により定ま
る所定時間だけ実電流（第３図中実線参照）よりも遅れ
た状態である。したがって、そのままでは、実電流のゼ
ロクロスをリアルタイムで検出することは不可能であり
、ゼロクロス近傍における実電流の極性を正確に検出す
ることも不可能である。しかし、実電流に対する検出電
流の関係は所定時間だけ遅れているだけであり、したが
って、−旦ゼロクロスが検出された後は、検出電流に対
して所定のオフセット電流を加味することにより、ゼロ
クロスが実電流と一致する補正電流（第３図中二点鎖線
参照）を得ることができる。

即ち、実電流の極性に対応させてレジスタ（２ａ）（２
ｂ）に予め電圧指令補償値上（Ｖ　Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ）を
格納しておけばよく、以下のようにして正確なデッドタ
イム補償を施すことができる。

先ず、ゼロクロスが検出される前のタイミングにおいて
電流方向検出回路（２ｄ）により電流の極性を検出し、
検出された電流方向に基づいてセレクタ（２ｅ）を動作
させることにより該当するレジスタを選択する。また、
サンプリング電流値については、セレクタ（２ｊ）によ
り選択されたオフセット値を加算した状態でゼロクロス
検出回路（２ｃ）に供給される。その後は、ゼロクロス
検出回路（２Ｃ）からゼロクロス検出信号が出力された
タイミングで、セレクタ（２ｅ）により選択されている
レジスタの内容をレジスタ（２ｆ）に−時的に保持させ
るとともに、他方のオフセット値をセレクタ（２ｊ）に
より選択する。

したがって、電圧指令値Ｖ＊およびレジスタ（２ｒ）の
内容に基づいて演算部（２ｇ）において必要な補償演算 ｖ＊−Ｖ＊±（Ｖ　Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ） を行なうことにより、デッドタイムＴｄの影響を打消し
得る電圧指令値■＊を得ることができる。

また、以上の一連の動作は電流波形の半周期毎に行なわ
れるのであり、オフセット値を加算したサンプリング電
流値に基づいてゼロクロスを検出するようにしているの
であるから、時間遅れを伴なうことなく正確な電流の極
性を識別することができ、全範囲にわたって良好なデッ
ドタイム補償を達成することができる。

第３図は理想的な正弦波状の実電流が流れている場合を
示しているが、一般的に実電流はノイズ等の影響を受け
ている関係上、理想的な波形のゼロクロス近傍で複数回
極性が反転する可能性が高いのであるが、上記の電力変
換器制御装置を採用することにより、このような場合に
も正確にデッドタイム補償を行なわせることができる。

第４図はこの発明の電力変換器制御方法の一実施例を示
すフローチャートであり、ステップ■においてインバー
タ（５）から電動機（６）に供給される電流値をサンプ
リングし、ステップ■において既に電流の極性が識別さ
れているか否かを判別する。

もし極性が識別されていなければステップ■においてサ
ンプリングデータに基づいて電流の極性を識別し、ステ
ップ■において、検出電流の遅れを補償するための２つ
のオフセット値の何れかを極性に基づいて選択し、ステ
ップ■において電圧指令値に対してデッドタイムを設定
してインバータ６）のスイッチングタイミングを制御し
、再びステップ■の処理を行なう。

また、ステップ■において電流の極性が既に検出されて
いると判別された場合には、ステップ■において、サン
プリングデータに、電流の極性に基づいて定まるオフセ
ット値を加算した値に基づいてゼロクロスが検出された
か否かを判別し、ゼロクロスが検出されていなければ、
ステップ■において、以前の電流の極性に基づいて該当
するオフセット値を選択し、ステップ■において、電圧
指令値■＊に選択されたデッドタイム補償電圧値±（Ｖ
　Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ）の何れり）を加算してデッドタイム
補償がなされた電圧指令値Ｖ本を算出し、ステップ■に
おいてデッドタイムＴｄを設定して上記電圧指令値Ｖ＊
に基づくインバータ（５）のスイッチング制御を行なう
。その後は、再びステップ■の処理を行なう。上記ステ
ップ■においてゼロクロスが検出されたと判別された場
合には、ステップ［相］において他方のオフセット値を
選択した後、ステップ■の処理を行なう。

したがって、電流の極性が反転する毎にオフセット値を
変化させて実電流のゼロクロスのタイミングを正確に検
出することができる。この結果、離散系システムである
にも拘らず電流の極性が変化した場合における検出遅れ
を解消させることができ、正確なデッドタイム補償を行
なうことができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば、−旦電流の極性を検出した後は、ゼロクロス
検出毎に選択されるオフセット値を自動的に切替えるこ
とが可能であるほか、この発明の要旨を変更しない範囲
内において種々の設ｉｆ変更を施すことが可能である。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、離散時間系システムにより
離散的に得られた電流値に対して、電流方向を実電流と
等しくするオフセット電流を加え、オフセット電流が加
えられた電流値に基づいて電流の方向を判別することが
でき、このようにして判別された電流の方向に基づいて
デッドタイム補償を行なうことにより、デッドタイムの
影響を完全に打消すことができるという特有の効果を奏
する。

第２の発明は、ゼロクロスが検出される毎に極性が異な
るオフセット電流を交互に設定することができ、検出さ
れたゼロクロスに続く所定範囲においてデッドタイムの
影響を完全に打消すべくデッドタイム補償を行なうこと
ができるという特有の効果を奏する。

第３の発明は、離散時間系システムにより離散的に得ら
れた電流値に対して、電流方向を実電流と等しくするオ
フセット電流を加え、オフセット電流が加えられた電流
値に基づいて電流の方向を判別することができ、このよ
うにして判別された電流の方向に基づいてデッドタイム
補償を行なうことにより、デッドタイムの影響を完全に
打消すことができ、しかも全体として比較的簡単な構成
とすることができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の最も要部であるデッドタイム補償部
の構成の一実施例を詳細に示すブロック図、 第２図はこの発明の電力変換器制御装置の一実施例の電
気的構成を示す概略ブロック図、第３図は電流極性検出
の遅れを解消させる原理を説明する電流波形図、 第４図はこの発明の電力変換器制御方法の一実施例を示
すフローチャート、 第５図はデッドタイムおよびその影響を説明するタイミ
ングチャート。 ■・・・デッドタイム補償部、 （２Ｃ）・・・ゼロクロス検出回路、 （２ｄ）・・・電流方向検出回路、（２ｇ）　（２ｍ）
・・・演算部、６）・・・インバータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のスイッチング素子をブリッジ接 続することにより構成され、直流を交流 に変換する電力変換器（５）を離散時間系システムによ
   りフィードバック制御する電 力変換器制御方法において、離散的に得 られる電流値に対して、電流方向を実電 流と等しくするオフセット電流を加え、 オフセット電流が加えられた電流値に基 づいて電流の方向を判別し、電流の方向 に基づいてデッドタイム補償を行なうこ とを特徴とする電力変換器制御方法。 ２、オフセット電流が、離散的に得られる 電流値に基づいてゼロクロスが検出され た後に設定される上記特許請求の範囲第 １項記載の電力変換器制御方法。 ３、複数のスイッチング素子をブリッジ接 続することにより構成され、直流を交流 に変換する電力変換器（５）を離散時間系システムによ
   りフィードバック制御する電 力変換器制御装置において、離散的に得 られる電流値に対して、電流方向を実電 流と等しくするオフセット電流を加える 電流値補正手段（２ｍ）と、オフセット電流が加えられ
   た電流値に基づいて電流の方 向を判別する方向判別手段（２ｃ）（２ｄ）と、電流の
   方向に基づいてデッドタイム補償 を行なうデッドタイム補償手段（２ｇ）とを有すること
   を特徴とする電力変換器制御 装置。