JPH02179278A - 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・ンチング索子をブリ
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
イウ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間
通があるのみならず、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間通があ
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、電圧指令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。

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、電圧指令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、検出電流よりも位相が進ん
でいる電圧指令値に基づいて電流の方向を判別すること
により、時間遅れ等の影響を排除して電流の方向を正確
に判別することができる。そして、このようにして検出
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。

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、方向判別手段により
、検出電流よりも位相が進んでいる電圧指令値に基づい
て電流の方向を判別し、検出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
なえば、デッドタイムの影響を完全に打消すことができ
る。

また、電流指令値に基づいて電流の方向を検出するので
あるから、方向検出手段の構成を簡素化することができ
、ひいては電力変換器制御装置全体としての構成をも簡
素化することができる。

〈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１本
を人力として必要な演算を施すことにより電圧指令＠Ｖ
＊を得る制御演算部（１）と、電圧指令値Ｖ本に対して
デッドタイム補償を施し、補償後の電圧指令値Ｖ本を得
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■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、電圧指令値Ｖ
＊に基づいて電流の方向を検出する電流方向検出回路（
２ｃ）と、電流方向検出回路（２ｃ）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（２ｄ）と、電圧指令値Ｖ本およびセレクタ（２ｄ）
により選択されたレジスタの内容に基づいて補償演算を
行なう演算部（２ｅ）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を減算じた値を制御演
算部（１）に供給することにより対応する電圧指令値Ｖ
＊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■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（５）に供給することにより
、上記電圧指令値■＊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Ｖ＊は、上記（１）（２）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）■式における士（
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Ｖ本が、ｖ＊−Ｖ
＊乎（Ｖ　Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ） 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
が、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、電圧指令値は検出電流よりも位相が進んでおり
、第３図ウニ点鎖線で示すように実電流とほぼ位相が一
致する。即ち、電圧指令値Ｖ本を電流方向検出回路（２
ｃ）に供給することにより、時間遅れを主なうことなく
リアルタイムで電流の極性を検出することができる。し
たがって、検出された電流の極性に対応させてセレクタ
（２ｄ）により何れかのレジスタの内容を選択し、演算
部（２ｅ）において、上記選択されたレジスタの内容お
よび電圧指令値Ｖ＊に基づいて必要なデッドタイム補償
演算 ｖ＊−ｖ＊＋　（ＶＴｄ−ＶＴＬ） 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Ｖ＊を得ることができる。

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■において電圧指令
値Ｖ本に基づいて実電流の極性を識別し、ステップ■に
おいて実電流の極性に対応させてデッドタイム補償値上
（Ｖ　Ｔｄ−Ｖ　ＴＬ）を選択し、ステップ■において
デッドタイム補償値を加味した電圧指令値 ｖ＊−Ｖ＊±（ＶＴｄ−ＶＴＬ） を算出し、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■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。

したがって、離散時間系システムにおいて実電流よりも
検出電流が遅れているにも拘らず、電圧指令値に基づく
電流の極性識別を行なうことにより、実電流の極性を正
確に検出することができる。

この結果、離散時間系システムであるにも拘らず電流の
極性が麦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、全てのサンプリングタイミングにおいて電流
の極性を識別する代わりに、ゼロクロスのみを検出し、
ゼロクロス検出毎に選択されるデッドタイム補償値を自
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計変更を施すこと
が可能である。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、検出電流よりも位相が進ん
でいる電圧指令値に基づいて実電流の極性を識別するこ
とができ、このようにして識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、検出電流よりも位相が進んでいる電圧指
令値に基づいて実電流の極性を識別することができ、こ
のようにして識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。 （２ｃ）・・・・・・電流方向検出回路、（２ｅ）・・
・演算部、（５）・・・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、電圧指令値 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、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、電圧指令値 に基づいて電流の方向を判別する方向判 別手段（２ｃ）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（２ｅ）とを有することを特徴とする電力変換器
   制御装置。