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JP4066156B2 - Power converter - Google Patents

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JP4066156B2
JP4066156B2 JP2002198711A JP2002198711A JP4066156B2 JP 4066156 B2 JP4066156 B2 JP 4066156B2 JP 2002198711 A JP2002198711 A JP 2002198711A JP 2002198711 A JP2002198711 A JP 2002198711A JP 4066156 B2 JP4066156 B2 JP 4066156B2
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vector
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voltage
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克利 山中
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの可変速制御を行うインバータ・サーボドライブや系統連係する電力変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の3相3レベルインバータとして図7に示すようなものがある。
この3相3レベルインバータは、上位コントローラから出力された指令電圧を基に、PWMパルス発生回路がPWMパルスを発生しスイッチ素子をオン・オフする信号を出力するものである。
PWMパルス発生回路のPWMパルス発生方法としては、3相の電圧指令と2つの三角波キャリヤを比較してPWMパルスを作成する三角波比較型PWM方式や、特開平05−292754号に開示されている空間ベクトルの概念を使用してベクトル量として指令電圧を与えて所望の出力電圧のPWMパルスを作成する空間ベクトル型PWM方式が一般的である。
【0003】
特開平05−292754号の場合は、PWMインバータの、各4つ直列接続されたスイッチ素子の上側2つがオンすると相出力端子が直流電源の正極Pに接続される状態(P状態)、真中の2つのSWがオンすると相出力端子がクランプ素子(ダイオード)を介して直流電源の中性点出力端子0に接続される状態(0状態)、下側の2つのSWがオンすると相出力端子は直流電源の負極Nに接続される状態(N状態)として、出力できるベクトルの図を図8に示す。図8には27個のベクトル(27個のベクトル記号PNN、PPN、P0N、P00、PP0、0NN、00N、PPP、000、NNN…、を10個のベクトル名称a、b、c、aP 、bP 、aN 、bN 、0P 、00 、0N 、で表している)と、領域A〜Fを各4分割した、合計24個の領域A1〜F4が示されている。
そして、与えられた指令電圧ベクトルが領域A〜Fの中のどの領域に在るかを判定し、指令電圧ベクトルの先端に近接する少なくとも3つのベクトルを選択して、その各電圧ベクトルの出力時間はPWM周期の平均で、指令電圧ベクトルと一致するように演算される。
いま、変調度kとして(θ、k)で表される極座標形式による電圧指令が、ABCDEFのどの区間にあるか判定して、仮に、A1領域にあって、電圧指令ベクトルが振幅Vで角度θならば、キャリヤ周期Tの間の電圧指令ベクトルの電圧時間積は複素数計算により、VTexp(jθ)=VTcosθ+jVsinθとなる。
一方、領域A1の3つのベクトルV0 、V1 、V2 をそれぞれT1 、T2 、T3 時間発生した場合の電圧時間積は、V0 ・T1 +V1 ・T2 +V2 ・T3 となる。
なお、V0 は図8に示すゼロ・ベクトル0P =PPP、00 =000、0N =NNNの複素数表示が全て0になるベクトル。
V1 は電圧ベクトルaP =P00、aN =0NNの複素数表示が共に1/2になるベクトル。
V2 は電圧ベクトルbP =PP0、bN =00Nの複素数表示は共に1/4+j・3/4となるベクトル、を表す。
従って、パルス発生時間T1、T2、T3は、
VO T1 +V1 T2 +V2 T3 =VTcosθ+jVTsinθ、
T1+T2+T3=T
より、前条件V0 =0、V1 =1/2、V2 =1/4+・3/4を代入、整理すれば、
(1/2)T2+(1/4)T3=VTcosθ(・3/4)T3=VTsinθ、となりこれを解けば、
T1=T(1−2ksin(θ+π/3))
T2=2kTsin(π/3−θ)
T3=2ktsinθ、
と求められる。このT1、T2、T3は、領域A1、B1、D1、D1、E1、F1に共通となる。
同様に、領域A2〜F2のT1、T2、T3も以下のように求められる。
T1=2T(1−ksin(θ+π/3))
T2=T(2ksin(π/3−θ)−1)
T3=2kTsinθ
同様にして、領域A3〜F3、領域A4〜F4、の4領域の発生時間も決定できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では図7に示すような正弦波状の電圧指令と、三角波を比較するPWMの場合は、PWMパルス幅の演算をする必要がないためにPWMパルスを高速に出力できるが、一定のパターンのPWMパルスしか出力できず、効率のよいPWMパルスを発生させるには、特開平05−292754号のように空間ベクトルの概念を利用したPWM発生方法を使用する方がよい。
しかし、空間ベクトルの概念を利用すると、図8に示した27の出力電圧ベクトルをPWMパルスとして出力するので、PWMパルス幅の演算と、多数の場合分けの判断が必要になり、PWM発生のための演算時間が長くなるという問題があった。
更に、PWM発生器は指令として、3相の出力電圧指令を入力されることが多く、その場合には3相の出力電圧指令からベクトルに変換する演算も必要となり更に、演算時間が増加するといった問題があった。
そこで、本発明は空間ベクトル方式と同じPWMパルスを3相電圧指令から演算する演算方式として、高速な演算周期にも適応可能で、安価で高速な3レベルインバータ及びサーボアンプを実現可能にする電力変換装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は電力変換装置に係り、3相電圧指令を入力してパルス幅を演算しPWMパルスを出力するPWM発生器を備え、前記3相電圧指令の中で最大値Vmax、中間値Vmid、最低値Vminとなる相から出力電圧の電気角を判断し、差分電圧1、Va(Va=Vmax−Vmid)、および差分電圧2、Vb(Vb=Vmid−Vmin)から、前記VaおよびVbを前記電力変換装置の線間出力電圧の最大値で正規化した値とすると、Va+Vb≦0.5ならば第1領域、Va+Vb>1.0ならば第5領域(過変調領域)、0.5≦Va+Vb≦1.0で、Va>0.5ならば第2領域、Vb>0.5ならば第4領域、上記以外ならば第3領域、と5つの領域を判定する3相3レベル電力変換装置において、3相3レベル電力変換装置の出力できる27個のベクトルを10個のベクトル名称に対応させ、ベクトルの各出力時間幅をキャリア周期で正規化した値を、Ta:aベクトルの出力時間、Tb:bベクトルの出力時間、Tc:cベクトルの出力時間、Tap:apベクトルの出力時間、Tan:anベクトルの出力時間、Tbp:bpベクトルの出力時間、Tbn:bnベクトルの出力時間、Top:0pベクトルの出力時間、Too:0oベクトルの出力時間、Ton:0nベクトルの出力時間、とし、前記第1領域では、Tap+Tan=2×Va、Tbp+Tbn=2×Vb、Top+Too+Ton=1−2(Va+Vb)の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、前記第2領域では、Tc=2×Vb、Tap+Tan=2(1−Va−Vb)、Ta=2×Va−1、の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、前記第3領域では、Tc=2(Va+Vb)−1、Tap+Tan=1−2×Vb、Tbp+Tbn=1−2×Va、の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、前記第4領域では、Tc=2×Va、Tbp+Tbn=2(1−Va−Vb)、Tb=2×Vb−1、の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、PWMパルス幅の演算方法を切替えることを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は請求項1記載の電力変換装置において、前記第5領域では、Va≧Vb ならば、Ta=Va(ただしTaを1以下に制限)、Tc=1−Ta、Va<Vbならば、Tb=Vb(ただしTbを1以下に制限)、Tc=1−Tb、の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、PWMパルス幅の演算方法を切替えることを特徴としている。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る電力変換装置のPWM発生器の構成を示す図である。
図2は図1に示すPWM発生器の相電圧指令と三角波キャリヤの関係を示す図である。
図3は図1に示すPWM発生器の領域判定テーブルを示す図である。
図1に示すPWM発生器(PWMパルス演算器)1は、上位コントローラより3相出力電圧指令Vu1、Vv2、Vw3を入力する。
3相出力電圧指令Vu1、Vv2、Vw3は、2レベルインバータの三角波比較PWM発生方式の概念を基に、図2のように与えられ、各相4つのスイッチ素子の中で上側スイッチ信号の補完として下側スイッチ信号を生成する方式等により、3レベルインバータのスイッチングに必要な6種類のPWMパルス5〜10を発生させる。
以下、3相の電圧指令Vu1、Vv2、Vw3は図2のように三角波と比較されるように正規化されているとし説明すると、電力変換装置の線間出力電圧の最大値が1.0となり、実際の最大値は図7の母線電圧2×Edと等しくなる。
【0007】
つぎに動作について、PWMパルス幅の演算処理を手順に従って詳細に説明する。
(1)、領域の判定1。
先ず、Step1として、粗領域の判定処理を行う。
電圧指令の電圧ベクトルの領域が、図8に示す空間ベクトル領域の中で、A〜Fのどの領域に存在するか決定する。
具体的には、図2に示すような各Vu1、Vv2、Vw3の瞬時の相電圧の中で最大の値を持つ相と、最低の値を持つ相から、図3の判定テーブルを用いて、最大値がVu1、最低値がVw3の場合は領域A等と判定する。
(2)、線間電圧の計算。
次に、Step2として、線間電圧の計算を行う。
最大の値を持つ相電圧をVmax、中間の相電圧をVmid、最低の相電圧をVmin、図8のaベクトル方向の線間電圧の大きさをVa、bベクトル方向の線間電圧の大きさをVbとすると、
Va=Vmax−Vmid
Vb=Vmid−Vmin となる。
【数1】

Figure 0004066156
なお、図4は、図8のA〜F領域からA領域のみを例にとって説明しているが、他の領域の場合には、その領域の図形を回転又は対称に変換して考えればよい。
(3)、領域の判定2。
続いて、Step3として、A領域を更にA1〜A4に分割した小領域と過変調領域のA5に関して、更に、密な領域判定を行う。
電圧指令ベクトルが1〜5(A領域ならA1〜A5)のどの領域に存在するか判定する。
1、Va+Vb≦0.5 ならば、1領域
2、Va+Vb>1 ならば、第5領域(過変調領域)
0.5≦Va+Vb≦1で、
3、Va>0.5 ならば、2領域
4、Vb>0.5 ならば、4領域
5、1〜4以外 ならば、3領域
と領域を細かく判定する。
(4)、各ベクトルの出力時間幅の計算。
Step4として、出力時間幅の計算を行う。
Ta:aベクトルの出力時間
Tb:bベクトルの出力時間
Tc:cベクトルの出力時間
Tap:apベクトルの出力時間
Tan:anベクトルの出力時間
Tbp:bpベクトルの出力時間
Tbn:bnベクトルの出力時間
T0p:0pベクトルの出力時間
T0o:0oベクトルの出力時間
T0n:0nベクトルの出力時間
とし、各時間はPWMキャリヤ周期で正規化されているとする。
【0008】
A1領域の計算。
2レベルインバータならば、1の長さを持つaベクトルをTa=Va時間出力し、1の長さを持つbベクトルをTb=Vb出力すれば良いが、3レベルインバータではA1領域でap、an、bp、bnベクトルを使って電圧を出力しなければならない。従って、図4より、ap、an、bp、bnベクトルは0.5の長さとなるので、比率で考えれば、ap、anベクトルの時間はVaの2倍と等しく、bp、bnベクトルの時間はVbの2倍と等しくなる。
従って、各ベクトルの時間は、
Tap+Tan=2×Va
Tbp+Tbn=2×Vb
Top+Too+Ton=1−2(Va+Vb
その他のベクトルの時間は零、と演算する。
【0009】
A2領域の計算。
A2領域の計算は、図5よりbベクトル方向の成分をcベクトルで出力するには、cベクトル方向の成分はVbの2倍と同じ比率とする必要があり、aベクトル成分はcベクトルによるaベクトル成分の値を引き算してVa−Vbとする必要があるから、時間の関係は、
(Tap+Tan)/2 +Ta=Va−Vb
Tap+Tan+Ta+Tc=1
となるので、各ベクトルの時間は、
Tc =2×Vb
Tap+Tan=2(1−Va−Vb)
Ta =2×Va−1
その他のベクトルの時間は零と演算する。
【0010】
A4領域の計算。
A4領域の計算は、A2領域の考え方と同じで、Va、Vbが逆転するだけであるから、各ベクトルの時間は、
Tc =2×Va
Tbp+Tbn=2(1−Va−Vb)
Tb =2×Vb−1
その他のベクトルの時間は零と演算する。
【0011】
A3領域の計算。
A3領域の計算は、図6よりcベクトルに垂直な成分から、
Figure 0004066156
cベクトル成分から、
(Tap+Tan)/2+(Tbp+Tbn)/2+Tc=Va+Vb
各ベクトルの時間和は1であるから、
Tap+Tan+Tbp+Tbn=1
より、各ベクトルの時間は、
Tc =2(Va+Vb)−1
Tap+Tan =1−2×Vb
Tbp+Tbn =1−2×Va
その他のベクトルの時間は零と演算する。
A5(過変調領域)の計算。
A5領域の計算は、A5領域ではa、b、cベクトルを選択して電圧を出力するが、この領域では指令と同じ電圧を電力変換装置が出力できないので、出力電圧は歪んだ電圧となってしまう。歪みを少なくする場合、出力電圧をなるだけ高くする場合で、各ベクトルの時間は変わってくるので、ここでは例として出力電圧をなるだけ高くする場合で説明する。
(1)Va≧Vbならば、
Ta=Va(ただしTaを1以下に制限)、
Tc=1−Ta
その他のベクトルの時間は零と演算する。
(2)Va<Vbならば、
Tb=Vb(ただしTbを1以下に制限)、
Tc=1−Tb
その他のベクトルの時間は零と演算する。
とする。
このように、本発明によれば、指令電圧ベクトルの位置判定と、3つのベクトルの出力時間演算が、sin、cosの演算を使わず非常に簡単な手法により、高速、効率的に行うことが可能になる。また、これらの演算をCPUを使わずロジック回路のみで安価に構成することも可能である。
【0012】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電圧指令を3相の電圧指令で与え3相電圧指令の中で最大値Vmax、中間値Vmid、最低値Vminとなる相から電気角を判断して、ABCDEF等の電圧指令の在る領域を判定し、Va=Vmax−Vmid、Vb=Vmid−Vmaxを演算して、Va、Vbを基に、各領域を更に4領域に再分割して、その領域毎に演算方法を切替えるので、簡単、且つ、高速にPWMパルス幅の演算が可能になり、サーボの高速な演算周期にも適応できて、安価で高速な3レベルサーボアンプを実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る電力変換装置のPWM発生器の構成図である。
【図2】図1に示すPWM発生器の相電圧指令と三角波キャリヤの関係図である。
【図3】図1に示すPWM発生器の領域判定テーブルを示す図である。
【図4】図1に示すPWM発生器の空間ベクトルと電圧の関係を示す図である。
【図5】図4に示す空間ベクトルのA2領域の説明図である。
【図6】図4に示す空間ベクトルのA3領域の説明図である。
【図7】従来の3レベルインバータの回路図である。
【図8】図7に示す3レベルインバータの空間ベクトル図である。
【符号の説明】
1 PWM発生器
2 U相電圧指令
3 V相電圧指令
4 W相電圧指令
5 U1相PWMパルス
6 V1相PWMパルス
7 W1相PWMパルス
8 U2相PWMパルス
9 V2相PWMパルス
10 W2相PWMパルス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter / servo drive that performs variable speed control of a motor and a power converter linked to a system.
[0002]
[Prior art]
A conventional three-phase three-level inverter is shown in FIG.
This three-phase three-level inverter is a circuit that generates a PWM pulse based on the command voltage output from the host controller and outputs a signal for turning on / off the switch element.
As a PWM pulse generation method of the PWM pulse generation circuit, a triangular wave comparison type PWM method that creates a PWM pulse by comparing a three-phase voltage command and two triangular wave carriers, or a space disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 05-292754. A space vector type PWM system is generally used in which a command voltage is given as a vector quantity using the concept of vector to create a PWM pulse of a desired output voltage.
[0003]
In the case of Japanese Patent Laid-Open No. 05-292754, when the upper two of the four switching elements connected in series in the PWM inverter are turned on, the phase output terminal is connected to the positive electrode P of the DC power supply (P state), When two SWs are turned on, the phase output terminal is connected to the neutral point output terminal 0 of the DC power supply via the clamp element (diode) (0 state). When the two lower SWs are turned on, the phase output terminal is FIG. 8 shows a vector that can be output as a state (N state) connected to the negative electrode N of the DC power supply. FIG. 8 shows 27 vector symbols (27 vector symbols PNN, PPN, P0N, P00, PP0, 0NN, 00N, PPP, 000, NNN,..., 10 vector names a, b, c, aP, bP. , AN, bN, 0P, 00, 0N), and a total of 24 areas A1 to F4 obtained by dividing the areas A to F into four parts.
Then, it is determined in which of the regions A to F the given command voltage vector is present, at least three vectors close to the tip of the command voltage vector are selected, and the output time of each voltage vector Is an average of the PWM period and is calculated so as to coincide with the command voltage vector.
Now, it is determined in which section of ABCDEF the voltage command in the polar coordinate format represented by (θ, k) as the degree of modulation k, and if it is in the A1 region, the voltage command vector has an amplitude V and an angle θ Then, the voltage time product of the voltage command vector during the carrier period T is VTexp (jθ) = VTcosθ + jVsinθ by complex number calculation.
On the other hand, when the three vectors V0, V1, and V2 in the region A1 are generated for the time T1, T2, and T3, respectively, the voltage-time product is V0 · T1 + V1 · T2 + V2 · T3.
V0 is a vector in which all the complex number representations of zero vector 0P = PPP, 00 = 000, 0N = NNN shown in FIG.
V1 is a vector in which the complex number representation of the voltage vectors aP = P00 and aN = 0NN is halved.
V2 represents a vector in which the complex number representations of the voltage vectors bP = PP0 and bN = 00N are both 1/4 + j · 3/4.
Therefore, the pulse generation times T1, T2, T3 are
VO T1 + V1 T2 + V2 T3 = VT cos θ + jVT sin θ
T1 + T2 + T3 = T
If the preconditions V0 = 0, V1 = 1/2, V2 = 1/4 + .3 / 4 are substituted and arranged,
(1/2) T2 + (1/4) T3 = VTcosθ (· 3/4) T3 = VTsinθ
T1 = T (1-2 ksin (θ + π / 3))
T2 = 2kTsin (π / 3−θ)
T3 = 2ktsin θ,
Is required. These T1, T2, and T3 are common to the areas A1, B1, D1, D1, E1, and F1.
Similarly, T1, T2, and T3 of the regions A2 to F2 are obtained as follows.
T1 = 2T (1-ksin (θ + π / 3))
T2 = T (2 ksin (π / 3−θ) −1)
T3 = 2kTsinθ
Similarly, the generation times of the four regions A3 to F3 and regions A4 to F4 can be determined.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, in the case of PWM that compares a sinusoidal voltage command as shown in FIG. 7 and a triangular wave, it is not necessary to calculate the PWM pulse width, so that a PWM pulse can be output at a high speed. In order to generate an efficient PWM pulse, it is better to use a PWM generation method using the concept of a space vector as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-292754.
However, if the concept of the space vector is used, the 27 output voltage vectors shown in FIG. 8 are output as PWM pulses. Therefore, it is necessary to calculate the PWM pulse width and to determine a number of cases. There has been a problem that the calculation time of becomes longer.
Furthermore, the PWM generator is often input with a three-phase output voltage command as a command. In this case, an operation for converting the three-phase output voltage command into a vector is required, and the calculation time is increased. There was a problem.
Therefore, the present invention can be applied to a high-speed calculation cycle as a calculation method for calculating the same PWM pulse as a space vector method from a three-phase voltage command, and can realize an inexpensive and high-speed three-level inverter and servo amplifier. The object is to provide a conversion device.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 relates to a power converter, comprising a PWM generator for inputting a three-phase voltage command, calculating a pulse width and outputting a PWM pulse, Among them, the electrical angle of the output voltage is determined from the phase having the maximum value Vmax, the intermediate value Vmid, and the minimum value Vmin, and the differential voltage 1, Va (Va = Vmax−Vmid), and the differential voltage 2, Vb (Vb = Vmid−). Vmin), when Va and Vb are values normalized by the maximum value of the line-to-line output voltage of the power converter, if Va + Vb ≦ 0.5, the first region, and if Va + Vb> 1.0, the fifth region (Overmodulation region), 0.5 ≦ Va + Vb ≦ 1.0, Va> 0.5, second region; Vb> 0.5, fourth region; Three-phase three-level power variation to determine area In the device, 27 vectors that can be output from the three-phase three-level power conversion device are made to correspond to 10 vector names, and a value obtained by normalizing each vector output time width by the carrier cycle is output as the Ta: a vector output time. , Tb: b vector output time, Tc: c vector output time, Tap: ap vector output time, Tan: an vector output time, Tbp: bp vector output time, Tbn: bn vector output time, Top : 0p vector output time, Too: 0o vector output time, Ton: 0n vector output time, and in the first region, Tap + Tan = 2 × Va, Tbp + Tbn = 2 × Vb, Top + Too + Ton = 1−2 (Va + Vb) ), The vector output time is determined so as to satisfy the relational expression, and other vector times are set to zero. In the region, the vector output time is determined so as to satisfy the relational expressions of Tc = 2 × Vb, Tap + Tan = 2 (1−Va−Vb), Ta = 2 × Va−1, and other vector times are set to zero. In the third region, the vector output time is determined so as to satisfy the relational expressions Tc = 2 (Va + Vb) -1, Tap + Tan = 1−2 × Vb, Tbp + Tbn = 1−2 × Va, and the other vector times are In the fourth region, the vector output time is determined so as to satisfy the relational expressions of Tc = 2 × Va, Tbp + Tbn = 2 (1−Va−Vb), Tb = 2 × Vb−1, The vector time is zero, and the PWM pulse width calculation method is switched.
The invention according to claim 2 is the power conversion device according to claim 1, wherein in the fifth region, if Va ≧ Vb, Ta = Va (however, Ta is limited to 1 or less), Tc = 1−Ta, If Va <Vb, the vector output time is determined so as to satisfy the relational expression of Tb = Vb (where Tb is limited to 1 or less) and Tc = 1−Tb, the other vector times are set to zero, and the PWM pulse width This is characterized in that the calculation method is switched.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a PWM generator of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between the phase voltage command of the PWM generator shown in FIG. 1 and a triangular wave carrier.
FIG. 3 is a diagram showing a region determination table of the PWM generator shown in FIG.
A PWM generator (PWM pulse calculator) 1 shown in FIG. 1 receives three-phase output voltage commands Vu1, Vv2, and Vw3 from a host controller.
The three-phase output voltage commands Vu1, Vv2, and Vw3 are given as shown in FIG. 2 based on the concept of the triangular wave comparison PWM generation method of the two-level inverter, and are used as a complement to the upper switch signal among the four switch elements in each phase. Six types of PWM pulses 5 to 10 necessary for switching of the three-level inverter are generated by a method of generating a lower switch signal.
Hereinafter, assuming that the three-phase voltage commands Vu1, Vv2, and Vw3 are normalized so as to be compared with the triangular wave as shown in FIG. 2, the maximum value of the line output voltage of the power converter becomes 1.0. The actual maximum value is equal to the bus voltage 2 × Ed in FIG.
[0007]
Next, the operation of the PWM pulse width will be described in detail according to the procedure.
(1) Region determination 1.
First, as Step 1, a rough region determination process is performed.
It is determined in which area A to F the voltage vector area of the voltage command is present in the space vector area shown in FIG.
Specifically, from the phase having the maximum value and the phase having the lowest value among the instantaneous phase voltages of each Vu1, Vv2, and Vw3 as shown in FIG. 2, using the determination table of FIG. When the maximum value is Vu1 and the minimum value is Vw3, it is determined that the region is A or the like.
(2) Calculation of line voltage.
Next, as Step 2, the line voltage is calculated.
The phase voltage having the maximum value is Vmax, the intermediate phase voltage is Vmid, the lowest phase voltage is Vmin, the magnitude of the line voltage in the a vector direction in FIG. 8 is Va, and the magnitude of the line voltage in the b vector direction. Is Vb,
Va = Vmax−Vmid
Vb = Vmid−Vmin.
[Expression 1]
Figure 0004066156
4 illustrates only the A region from the A to F regions of FIG. 8 as an example, but in the case of other regions, the figure in that region may be converted into rotation or symmetry.
(3) Region determination 2.
Subsequently, as Step 3, denser area determination is performed with respect to the small area obtained by further dividing the A area into A1 to A4 and the overmodulation area A5.
It is determined in which region the voltage command vector is 1 to 5 (A1 to A5 if the region is A).
1, if Va + Vb ≦ 0.5, 1 region 2; if Va + Vb> 1, 5th region (overmodulation region)
0.5 ≦ Va + Vb ≦ 1,
3. If Va> 0.5, 2 regions 4; if Vb> 0.5, then 4 regions 5, except 1 to 4;
(4) Calculation of the output time width of each vector.
As Step 4, the output time width is calculated.
Ta: a vector output time Tb: b vector output time Tc: c vector output time Tap: ap vector output time Tan: an vector output time Tbp: bp vector output time Tbn: bn vector output time T0p : 0p vector output time T0o: 0o vector output time T0n: 0n vector output time, and each time is normalized by the PWM carrier period.
[0008]
Calculation of A1 area.
In the case of a two-level inverter, an a vector having a length of 1 may be output for Ta = Va time, and a b vector having a length of 1 may be output by Tb = Vb. , Bp, bn vectors must be used to output the voltage. Therefore, from FIG. 4, the ap, an, bp, and bn vectors have a length of 0.5. Therefore, considering the ratio, the times of the ap and an vectors are equal to twice Va, and the times of the bp and bn vectors are It is equal to twice Vb.
Therefore, the time of each vector is
Tap + Tan = 2 × Va
Tbp + Tbn = 2 × Vb
Top + Too + Ton = 1−2 ( Va + Vb )
The other vector time is calculated as zero.
[0009]
Calculation of A2 area.
In the calculation of the A2 region, in order to output the component in the b vector direction as a c vector from FIG. 5, the component in the c vector direction needs to have the same ratio as twice Vb. Since it is necessary to subtract the vector component value to Va-Vb, the time relationship is
(Tap + Tan) / 2 + Ta = Va-Vb
Tap + Tan + Ta + Tc = 1
Therefore, the time of each vector is
Tc = 2 × Vb
Tap + Tan = 2 (1-Va-Vb)
Ta = 2 × Va−1
The time of other vectors is calculated as zero.
[0010]
Calculation of A4 area.
The calculation of the A4 region is the same as the idea of the A2 region, and Va and Vb are only reversed, so the time of each vector is
Tc = 2 × Va
Tbp + Tbn = 2 (1-Va-Vb)
Tb = 2 × Vb−1
The time of other vectors is calculated as zero.
[0011]
Calculation of A3 area.
The calculation of the A3 region is based on the component perpendicular to the c vector from FIG.
Figure 0004066156
From the c vector component,
(Tap + Tan) / 2 + (Tbp + Tbn) / 2 + Tc = Va + Vb
Since the time sum of each vector is 1,
Tap + Tan + Tbp + Tbn = 1
Therefore, the time of each vector is
Tc = 2 (Va + Vb) -1
Tap + Tan = 1-2 × Vb
Tbp + Tbn = 1−2 × Va
The time of other vectors is calculated as zero.
Calculation of A5 (overmodulation region).
In the calculation of the A5 region, the a, b, and c vectors are selected and the voltage is output in the A5 region. However, since the power converter cannot output the same voltage as the command in this region, the output voltage becomes a distorted voltage. End up. When the distortion is reduced, the time of each vector changes when the output voltage is increased as much as possible. Therefore, here, the case where the output voltage is increased as much as possible will be described as an example.
(1) If Va ≧ Vb,
Ta = Va (however, Ta is limited to 1 or less),
Tc = 1-Ta
The time of other vectors is calculated as zero.
(2) If Va <Vb,
Tb = Vb (however, Tb is limited to 1 or less),
Tc = 1-Tb
The time of other vectors is calculated as zero.
And
As described above, according to the present invention, the position determination of the command voltage vector and the output time calculation of the three vectors can be performed at high speed and efficiently by a very simple method without using the calculation of sin and cos. It becomes possible. It is also possible to configure these operations at low cost using only a logic circuit without using a CPU.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the voltage command is given as a three-phase voltage command, and the electrical angle is determined from the phase having the maximum value Vmax, the intermediate value Vmid, and the minimum value Vmin in the three-phase voltage command. , Determine the area where the voltage command such as ABCDEF is present, calculate Va = Vmax−Vmid, Vb = Vmid−Vmax, and further subdivide each area into 4 areas based on Va and Vb. Since the calculation method is switched for each region, the PWM pulse width can be calculated easily and at high speed, and it can be applied to a high-speed servo calculation cycle, thus realizing an inexpensive and high-speed 3-level servo amplifier. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a PWM generator of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a relationship diagram between a phase voltage command of the PWM generator shown in FIG. 1 and a triangular wave carrier.
FIG. 3 is a diagram showing a region determination table of the PWM generator shown in FIG. 1;
4 is a diagram showing a relationship between a space vector and a voltage of the PWM generator shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of an A2 area of the space vector shown in FIG. 4;
6 is an explanatory diagram of an A3 area of the space vector shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram of a conventional three-level inverter.
FIG. 8 is a space vector diagram of the three-level inverter shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
1 PWM generator 2 U phase voltage command 3 V phase voltage command 4 W phase voltage command 5 U1 phase PWM pulse 6 V1 phase PWM pulse 7 W1 phase PWM pulse 8 U2 phase PWM pulse 9 V2 phase PWM pulse 10 W2 phase PWM pulse

Claims (2)

3相電圧指令を入力してパルス幅を演算しPWMパルスを出力するPWM発生器を備え、
前記3相電圧指令の中で最大値Vmax、中間値Vmid、最低値Vminとなる相から出力電圧の電気角を判断し、
差分電圧1、Va(Va=Vmax−Vmid)、および
差分電圧2、Vb(Vb=Vmid−Vmin)から、
前記VaおよびVbを前記電力変換装置の線間出力電圧の最大値で正規化した値とすると、
Va+Vb≦0.5 ならば第1領域、
Va+Vb>1.0 ならば第5領域(過変調領域)、
0.5≦Va+Vb≦1.0で、
Va>0.5 ならば第2領域
Vb>0.5 ならば第4領域
上記以外 ならば第3領域
と5つの領域を判定する3相3レベル電力変換装置において、
3相3レベル電力変換装置の出力できる27個のベクトルを10個のベクトル名称に対応させ、ベクトルの各出力時間幅をキャリア周期で正規化した値を
Ta:aベクトルの出力時間
Tb:bベクトルの出力時間
Tc:cベクトルの出力時間
Tap:apベクトルの出力時間
Tan:anベクトルの出力時間
Tbp:bpベクトルの出力時間
Tbn:bnベクトルの出力時間
Top:0pベクトルの出力時間
Too:0oベクトルの出力時間
Ton:0nベクトルの出力時間
とし、
前記第1領域では
Tap+Tan=2×Va、
Tbp+Tbn=2×Vb、
Top+Too+Ton=1−2(Va+Vb)
の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、
前記第2領域では
Tc=2×Vb
Tap+Tan=2(1−Va−Vb)
Ta=2×Va−1
の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、
前記第3領域では、
Tc=2(Va+Vb)−1
Tap+Tan=1−2×Vb
Tbp+Tbn=1−2×Va
の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、
前記第4領域では、
Tc=2×Va
Tbp+Tbn=2(1−Va−Vb)
Tb=2×Vb−1
の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、
PWMパルス幅の演算方法を切替えることを特徴とする電力変換装置。
A PWM generator for inputting a three-phase voltage command to calculate a pulse width and outputting a PWM pulse;
The electrical angle of the output voltage is determined from the phase having the maximum value Vmax, the intermediate value Vmid, and the minimum value Vmin in the three-phase voltage command,
From the differential voltage 1, Va (Va = Vmax−Vmid), and the differential voltage 2, Vb (Vb = Vmid−Vmin),
When the Va and Vb are normalized by the maximum value of the line output voltage of the power converter,
If Va + Vb ≦ 0.5, the first region,
If Va + Vb> 1.0, the fifth region (overmodulation region),
0.5 ≦ Va + Vb ≦ 1.0,
In the three-phase three-level power converter that determines the third region and the five regions if Va> 0.5, the second region Vb> 0.5, and the fourth region other than the above,
The 27 vectors that can be output from the three-phase three-level power conversion device are associated with 10 vector names, and the values obtained by normalizing the output time widths of the vectors with the carrier period are output times of the Ta: a vector Tb: b vector. Output time Tc: c vector output time Tap: ap vector output time Tan: an vector output time Tbp: bp vector output time Tbn: bn vector output time Top: 0p vector output time Too: 0o vector Output time Ton: 0n vector output time,
In the first region, Tap + Tan = 2 × Va,
Tbp + Tbn = 2 × Vb,
Top + Too + Ton = 1−2 (Va + Vb)
The vector output time is determined so that the relational expression is satisfied, and other vector times are set to zero.
In the second region, Tc = 2 × Vb
Tap + Tan = 2 (1-Va-Vb)
Ta = 2 × Va−1
The vector output time is determined so that the relational expression is satisfied, and other vector times are set to zero.
In the third region,
Tc = 2 (Va + Vb) -1
Tap + Tan = 1−2 × Vb
Tbp + Tbn = 1−2 × Va
The vector output time is determined so that the relational expression is satisfied, and other vector times are set to zero.
In the fourth region,
Tc = 2 × Va
Tbp + Tbn = 2 (1-Va-Vb)
Tb = 2 × Vb−1
The vector output time is determined so that the relational expression is satisfied, and other vector times are set to zero.
A power converter that switches a method of calculating a PWM pulse width.
請求項1記載の電力変換装置において
前記第5領域では、
Va≧Vb ならば、
Ta=Va(ただしTaを1以下に制限)
Tc=1−Ta
Va<Vbならば、
Tb=Vb(ただしTbを1以下に制限)
Tc=1−Tb
の関係式を満足するようベクトル出力時間を決定し、その他のベクトル時間は零とし、
PWMパルス幅の演算方法を切替えることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter according to claim 1, in the 5th field,
If Va ≧ Vb,
Ta = Va (However, Ta is limited to 1 or less)
Tc = 1-Ta
If Va <Vb,
Tb = Vb (however, Tb is limited to 1 or less)
Tc = 1-Tb
The vector output time is determined so that the relational expression is satisfied, and other vector times are set to zero.
A power converter that switches a method of calculating a PWM pulse width.
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