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JP5652593B2 - Power converter - Google Patents

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JP5652593B2 JP2010058797A JP2010058797A JP5652593B2 JP 5652593 B2 JP5652593 B2 JP 5652593B2 JP 2010058797 A JP2010058797 A JP 2010058797A JP 2010058797 A JP2010058797 A JP 2010058797A JP 5652593 B2 JP5652593 B2 JP 5652593B2
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Description

本発明は、例えば2相電動機を可変速駆動する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that drives a two-phase motor, for example, at a variable speed.

図11は、後述する非特許文献1の記載内容に基づく2相電動機の可変速駆動システムの構成図である。また、図12は、この可変速駆動システムにおける電力変換装置の電圧指令等の振幅及び位相関係を示すフェーザ図である。
以下、図11における直流中点Nから見た端子M,A,Cの各出力電圧(M相電圧v,A相電圧v,C相電圧v)を相電圧と呼び、端子間電圧を線間電圧(M−C間線間電圧vMC,A−C間線間電圧vAC,M−A間線間電圧vMA)と呼ぶことにする。
FIG. 11 is a configuration diagram of a variable speed drive system for a two-phase motor based on the contents of Non-Patent Document 1 described later. FIG. 12 is a phasor diagram showing the amplitude and phase relationship of the voltage command and the like of the power converter in this variable speed drive system.
Hereinafter, each output voltage (M phase voltage v M , A phase voltage v A , C phase voltage v C ) of the terminals M, A, and C viewed from the DC midpoint N in FIG. Are referred to as line voltages ( MC line voltage v MC , AC line voltage v AC , MA line voltage v MA ).

図11に示す電力変換装置100は、IGBTと還流ダイオードとを逆並列に接続して半導体スイッチ(以下、必要に応じて半導体スイッチをIGBTと略称する)TMP,TMN,TAP,TAN,TCP,TCNを構成すると共に、第1の半導体スイッチTMPと第2の半導体スイッチTMNとを直列接続してなる第1の半導体スイッチ直列回路と、第3の半導体スイッチTAPと第4の半導体スイッチTANとを直列接続してなる第2の半導体スイッチ直列回路と、第5の半導体スイッチTCPと第6の半導体スイッチTCNとを直列接続してなる第3の半導体スイッチ直列回路とを並列に接続してインバータ部を構成し、このインバータ部を、直流電源103と平滑コンデンサ101,102の直列回路とに対して並列接続することにより構成されている。ここで、直流電源103と平滑コンデンサ101,102の直列回路とを纏めて直流電圧源というものとする。
なお、電力変換装置100の負荷は、2つの巻線201,202を有する2相電動機(誘導電動機)200であり、その3つの入力端子は、第1の半導体スイッチTMPと第2の半導体スイッチTMNとの直列接続点、第3の半導体スイッチTAPと第4の半導体スイッチTANとの直列接続点、第5の半導体スイッチTCPと第6の半導体スイッチTCNとの直列接続点にそれぞれ接続されている。
The power conversion device 100 shown in FIG. 11 is configured by connecting an IGBT and a free wheel diode in antiparallel to each other to form a semiconductor switch (hereinafter, the semiconductor switch is abbreviated as IGBT as needed) T MP , T MN , T AP , T AN. , T CP , T CN and the first semiconductor switch series circuit formed by connecting the first semiconductor switch T MP and the second semiconductor switch T MN in series, and the third semiconductor switch T AP , A second semiconductor switch series circuit in which a fourth semiconductor switch TAN is connected in series, and a third semiconductor switch in which a fifth semiconductor switch TCP and a sixth semiconductor switch TCN are connected in series An inverter unit is configured by connecting a series circuit in parallel, and this inverter unit is connected in parallel to the DC power source 103 and the series circuit of the smoothing capacitors 101 and 102. It is constituted by connection. Here, the DC power source 103 and the series circuit of the smoothing capacitors 101 and 102 are collectively referred to as a DC voltage source.
The load of the power conversion device 100 is a two-phase motor (induction motor) 200 having two windings 201 and 202, and three input terminals thereof are a first semiconductor switch TMP and a second semiconductor switch. A series connection point with TMN , a series connection point with the third semiconductor switch TAP and the fourth semiconductor switch TAN, and a series connection point with the fifth semiconductor switch TCP and the sixth semiconductor switch TCN. Each is connected.

電動機200の2つの巻線201,202は、空間的に位置が90度ずれて配置されている。従って、電力変換装置100は、図11におけるM−C間線間電圧vMCとA−C間線間電圧vACの電気的位相角を90度ずらして電動機200に印加し、その印加電圧の振幅及び周波数を調整することにより、電動機200の可変速駆動を行っている。 The two windings 201 and 202 of the electric motor 200 are spatially displaced by 90 degrees. Therefore, the power converter 100 applies the electric phase angle of the MC line voltage v MC and the AC line voltage v AC in FIG. The electric motor 200 is driven at a variable speed by adjusting the amplitude and frequency.

ここで、上記電力変換装置100において所望の出力線間電圧vMC,vACを得るためには、電力変換装置100を構成するIGBTを所定のスイッチングパターンに従ってオンオフする必要がある。そこで、非特許文献1では、3つの相電圧指令v ,v ,v とキャリア三角波とを比較して得たゲート信号によって各IGBTをスイッチングし、これによって目的とする出力線間電圧vMC,vACを得ている。 Here, in order to obtain desired output line voltages v MC and v AC in the power conversion device 100, it is necessary to turn on and off the IGBTs constituting the power conversion device 100 according to a predetermined switching pattern. Therefore, in Non-Patent Document 1, each IGBT is switched by the gate signal obtained by comparing the three phase voltage commands v M * , v A * , v C * and the carrier triangular wave, and thereby the target output line Inter-voltages v MC and v AC are obtained.

例えば、所望の出力線間電圧vMC,vACの振幅が等しく、電気的位相角が90度異なる場合は、3つの相電圧指令v ,v ,v と出力線間電圧vMC,vACの振幅、位相関係は図12に示すようになり、出力線間電圧の振幅をVとすると、出力線間電圧vMC,vAC(出力線間電圧指令vMC ,vAC についても同様)及び相電圧指令v ,v ,v は数式1〜数式5のように表される。 For example, when the amplitudes of desired output line voltages v MC and v AC are equal and the electrical phase angles are different by 90 degrees, the three phase voltage commands v M * , v A * and v C * and the output line voltage The amplitude and phase relationships of v MC and v AC are as shown in FIG. 12. If the amplitude of the output line voltage is V, the output line voltage v MC , v AC (output line voltage command v MC * , v The same applies to AC * ) and the phase voltage commands v M * , v A * , and v C * are expressed as Equations 1 to 5.

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図13(a)は、電力変換装置100の各相に対する変調信号及びキャリア三角波を示す波形図であり、図13(b)は、出力電圧(線間電圧及び相電圧)を示す波形図である。
図13(a)のλ ,λ ,λ は、それぞれ、相電圧指令v ,v ,v を、直流電圧源の直流電圧検出値Edcを用いて振幅補正した相電圧指令(以後、直流電圧検出値Edcを用いて振幅補正した電圧指令のことを変調信号ともいう)であるが、その補正方法は本発明の要旨ではないため、ここでは説明を省略する。
振幅補正により得られた変調信号λ ,λ ,λ を図中のキャリア三角波と比較することにより、電力変換装置100を構成するIGBTのゲート信号が生成され、このゲート信号に従ってIGBTをオンオフすることにより、図13(b)に示すような出力線間電圧vMC,vACを得ることができる。
FIG. 13A is a waveform diagram showing a modulation signal and a carrier triangular wave for each phase of the power conversion apparatus 100, and FIG. 13B is a waveform diagram showing an output voltage (line voltage and phase voltage). .
Λ M * , λ A * , and λ C * in FIG. 13A are obtained by using the phase voltage commands v M * , v A * , and v C * , respectively, using the DC voltage detection value E dc of the DC voltage source. This is a phase voltage command whose amplitude is corrected (hereinafter, a voltage command whose amplitude is corrected using the detected DC voltage value E dc is also referred to as a modulation signal), but since the correction method is not the gist of the present invention, it will be described here. Is omitted.
By comparing the modulation signals λ M * , λ A * , and λ C * obtained by the amplitude correction with the carrier triangular wave in the figure, the gate signal of the IGBT constituting the power converter 100 is generated, and according to this gate signal By turning on and off the IGBT, output line voltages v MC and v AC as shown in FIG. 13B can be obtained.

「A New Modulation Strategy for Unbalanced Two Phase Induction Motor Drives Using a Three-Leg Voltage Source Inverter」,電気学会論文誌D,vol.125,No.5,p482-491,2005年"A New Modulation Strategy for Unbalanced Two Phase Induction Motor Drives Using a Three-Leg Voltage Source Inverter", IEEJ Transactions D, vol.125, No.5, p482-491, 2005

図13(a),(b)から分かるように、従来では、キャリア三角波と比較する変調信号λ ,λ ,λ が正弦波であるため、IGBTは常にオンオフを繰り返すことになり、IGBTのスイッチングに伴ってスイッチング損失が発生する。このスイッチング損失はIGBTの発熱量を増加させる原因となり、結果として、IGBTを冷却するための冷却フィン等の大型化を招き、装置全体の小型・軽量化、低コスト化の妨げとなっていた。
そこで、本発明の解決課題は、半導体スイッチにおけるスイッチング損失を低減し、冷却装置の小型化により装置全体の小型・軽量化、低コスト化を可能にした電力変換装置を提供することにある。
As can be seen from FIGS. 13A and 13B, conventionally, the modulation signals λ M * , λ A * , and λ C * to be compared with the carrier triangular wave are sine waves. Therefore, the IGBT always repeats on and off. Therefore, a switching loss occurs with the switching of the IGBT. This switching loss causes an increase in the amount of heat generated by the IGBT, resulting in an increase in the size of cooling fins and the like for cooling the IGBT, which hinders reduction in size, weight, and cost of the entire apparatus.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power conversion device that can reduce switching loss in a semiconductor switch and can reduce the size, weight, and cost of the entire device by downsizing the cooling device.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、第1の半導体スイッチと第2の半導体スイッチとを直列接続して構成した第1の半導体スイッチ直列回路と、
第3の半導体スイッチと第4の半導体スイッチとを直列接続して構成した第2の半導体スイッチ直列回路と、
第5の半導体スイッチと第6の半導体スイッチとを直列接続して構成した第3の半導体スイッチ直列回路と、
直流電圧源と、をすべて並列接続すると共に、
第1の半導体スイッチと第2の半導体スイッチとの直列接続点、第3の半導体スイッチと第4の半導体スイッチとの直列接続点、第5の半導体スイッチと第6の半導体スイッチとの直列接続点を、それぞれ第1相、第2相、第3相の出力端子として負荷に接続してなる電力変換装置において、
前記直流電圧源の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
第1相〜第3相に対する第1〜第3の電圧指令のうち、振幅を同一とし、かつ、電気的位相角を180度ずらした2つの電圧指令を生成する電圧指令生成手段と、
第1〜第3の電圧指令の振幅を、前記電圧検出手段による電圧検出値に応じて補正する第1の電圧指令補正手段と、
第1〜第の半導体スイッチ直列回路のうち、1つの半導体スイッチ直列回路を構成する半導体スイッチがオンオフを繰り返し、残りの2つの半導体スイッチ直列回路を構成する4つの半導体スイッチのうち少なくとも1つの半導体スイッチがオン状態を保持するように、第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令を補正する第2の電圧指令補正手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a first semiconductor switch series circuit configured by connecting a first semiconductor switch and a second semiconductor switch in series,
A second semiconductor switch series circuit configured by connecting a third semiconductor switch and a fourth semiconductor switch in series;
A third semiconductor switch series circuit configured by connecting a fifth semiconductor switch and a sixth semiconductor switch in series;
Connect all the DC voltage sources in parallel,
Series connection point of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, Series connection point of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch, Series connection point of the fifth semiconductor switch and the sixth semiconductor switch Are connected to a load as output terminals of the first phase, the second phase, and the third phase, respectively,
Voltage detecting means for detecting a DC voltage of the DC voltage source;
Among the first to third voltage commands for the first phase to the third phase, voltage command generating means for generating two voltage commands having the same amplitude and the electrical phase angle shifted by 180 degrees;
First voltage command correcting means for correcting the amplitude of the first to third voltage commands according to the voltage detection value by the voltage detecting means;
Among the first to third semiconductor switch series circuits, the semiconductor switch constituting one semiconductor switch series circuit is repeatedly turned on and off, and at least one of the four semiconductor switches constituting the remaining two semiconductor switch series circuits. And a second voltage command correcting unit that corrects the first to third voltage commands whose amplitudes are corrected by the first voltage command correcting unit so that the switch is kept in an ON state.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電力変換装置において、
第2の電圧指令補正手段は、第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令のうちオン状態を保持させる半導体スイッチを有する相の電圧指令が、前記1つの半導体スイッチ直列回路を構成する半導体スイッチのオンオフ信号を生成するためのキャリア三角波の最大値または最小値と等しくなるような補正信号を演算し、この補正信号を、第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令のすべてにそれぞれ加算する手段を有するものである。
The invention according to claim 2 is the power conversion device according to claim 1,
The second voltage command correction means is configured to output a voltage command of a phase having a semiconductor switch for holding an ON state among the first to third voltage commands whose amplitude is corrected by the first voltage command correction means. A correction signal that is equal to the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave for generating the on / off signal of the semiconductor switch constituting the switch series circuit is calculated, and the amplitude of the correction signal is corrected by the first voltage command correction means. it is intended to have a first through third means for adding each to all voltage command that is.

本発明によれば、電圧指令に基づいて生成した補正信号を用いて各相の変調信号を補正することにより、電力変換装置を構成する半導体スイッチのスイッチング回数を少なくすることができる。これにより電力変換装置におけるスイッチング損失を低減し、冷却装置の小型化によって装置全体の小型・軽量化、低コスト化を達成することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the frequency | count of switching of the semiconductor switch which comprises a power converter device can be decreased by correct | amending the modulation signal of each phase using the correction signal produced | generated based on the voltage command. As a result, switching loss in the power conversion device can be reduced, and downsizing and cooling of the entire device can be achieved by downsizing the cooling device.

本発明の第1実施形態における制御ブロック図である。It is a control block diagram in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の基本形態における補正信号演算手段の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the correction signal calculating means in the basic form of this invention. 本発明の基本形態における各部の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of each part in the basic form of this invention. 本発明の基本形態における各部の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of each part in the basic form of this invention. 本発明の第実施形態における補正信号演算手段の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the correction signal calculating means in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態における各部の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of each part in 1st Embodiment of this invention. 本発明の参考形態における制御ブロック図である。It is a control block diagram in a reference form of the present invention. 本発明の参考形態における補正信号演算手段の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the correction signal calculating means in the reference form of this invention. 本発明の参考形態における各部の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of each part in the reference form of this invention. 本発明の参考形態における電圧指令等の振幅及び位相関係を示すフェーザ図である。It is a phasor figure which shows the amplitude and phase relationship, such as a voltage command, in the reference form of this invention. 非特許文献1の記載内容に基づく誘導電動機の可変速駆動システムの構成図である。1 is a configuration diagram of an induction motor variable speed drive system based on the content of Non-Patent Document 1. FIG. 図11における電力変換装置の電圧指令等の振幅及び位相関係を示すフェーザ図である。It is a phasor figure which shows amplitude and phase relationship, such as a voltage command of the power converter device in FIG. 図11における変調信号、キャリア三角波及び出力電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the modulation signal, carrier triangular wave, and output voltage in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
なお、この実施形態に係る電力変換装置の主回路の構成は図11に示した電力変換装置100と同様であり、その負荷も、2つの巻線201,202を有する2相電動機200であるものとする。このため、以下の説明は、図11に示した電力変換装置100を前提としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the structure of the main circuit of the power converter device which concerns on this embodiment is the same as that of the power converter device 100 shown in FIG. 11, The load is also the two-phase electric motor 200 which has the two windings 201 and 202 And For this reason, the following description presupposes the power converter device 100 shown in FIG.

始めに、図3は本発明の基本形態における各部の波形例を示したものであり、図3(a)は、電力変換装置100の相電圧指令v ,v ,v にそれぞれ対応する変調信号λ ,λ ,λ 及びこれらの補正信号λ を示している。また、図3(b)は、変調信号λ ,λ ,λ に補正信号λ を加算した変調信号(相電圧指令)λ **,λ **,λ **を示し、図3(c)は、出力電圧(出力相電圧v,v,v及び出力線間電圧vMC,vAC)の各波形を示している。
なお、出力電圧波形は、通常、IGBTのスイッチングに伴うパルス列波形となるが、ここでは、説明を容易にするためにスイッチング成分を除去した基本波成分のみを示している。
First, FIG. 3 shows a waveform example of each part in the basic form of the present invention. FIG. 3A shows the phase voltage commands v M * , v A * , v C * of the power converter 100. The corresponding modulation signals λ M * , λ A * , λ C * and their correction signals λ 0 * are shown. FIG. 3B shows a modulation signal (phase voltage command) λ M ** , λ A ** , λ C obtained by adding the correction signal λ 0 * to the modulation signals λ M * , λ A * , λ C *. ** is shown, and FIG. 3C shows each waveform of the output voltage (output phase voltages v M , v A , v C and output line voltages v MC , v AC ).
Note that the output voltage waveform is normally a pulse train waveform accompanying switching of the IGBT, but only the fundamental wave component from which the switching component is removed is shown here for ease of explanation.

さて、本形態では、図3(b)に示す如く、補正後の変調信号λ **,λ **,λ **が正弦波ではなく、特定の期間にわたり、各変調信号λ **,λ **,λ **が、これらと比較されるキャリア三角波の最大値または最小値と同一の値を保持している点が図13の従来技術と異なっている。このような変調信号λ **,λ **,λ **を用いることで、図3(c)に示すように相電圧v,v,vは正弦波でなくなるが、電動機200の巻線201,202に印加される線間電圧vMC,vACは正弦波となる。
この場合、3つの変調信号λ **,λ **,λ **がキャリア三角波の最大値または最小値と同一の値を保持している相のIGBTはスイッチングを行わないので、電力変換器全体では従来技術に比べてスイッチング回数が減少し、スイッチング損失を低減することができる。
Now, in this form state, as shown in FIG. 3 (b), the modulation signal lambda M ** after correction, λ A **, λ C ** is not a sine wave, over a specific period of time, each modulation signal lambda 13 differs from the prior art in FIG. 13 in that M ** , λ A ** , and λ C ** hold the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave to be compared with them. By using such modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** , the phase voltages v M , v A , and v C are not sine waves as shown in FIG. The line voltages v MC and v AC applied to the windings 201 and 202 of the electric motor 200 are sine waves.
In this case, the three IGBTs λ M ** , λ A ** , and λ C ** have the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave, so the IGBT does not perform switching. In the entire converter, the number of switching operations is reduced as compared with the prior art, and the switching loss can be reduced.

以下、本形態の構成及び作用について、図1〜図3を参照しつつ詳細に説明する。なお、図1は本形態における制御ブロック図、図2は前記補正信号λ を演算するためのフローチャートである。 Hereinafter, the configuration and operation of the present form state will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a control block diagram in the present form state, FIG. 2 is a flow chart for calculating the correction signal lambda 0 *.

の形態において、M相電圧vとA相電圧vとは振幅が等しく、各々の位相が反転している(すなわち電気的位相角が180度ずれている)と共に、M相電圧v及びA相電圧vの振幅はA−M間線間電圧vMAの振幅の1/2となるように制御するものとする。
いま、線間電圧指令vMC ,vAC が与えられると、相電圧指令v ,v ,v は、数式6〜数式8によって計算することができる。
これらの演算を、図1における相電圧指令演算手段300が行う。なお、相電圧指令演算手段300は、加算器301,302、ゲイン(0.5)を有する増幅器303、ゲイン(−0.5)を有する増幅器303,303から構成されている。
In the form status of this, equal amplitude and M-phase voltage v M and A-phase voltage v A, with each phase is inverted (i.e. electrical phase angle is 180 degrees), M-phase voltage v the amplitude of M and a-phase voltage v a shall be controlled to be 1/2 of the amplitude of the a-M line-to-line voltage v MA.
Now, when the line voltage commands v MC * and v AC * are given, the phase voltage commands v M * , v A * , and v C * can be calculated by Formulas 6 to 8.
These calculations are performed by the phase voltage command calculation means 300 in FIG. The phase voltage command calculation means 300 includes adders 301 and 302, an amplifier 303 M having a gain (0.5), and amplifiers 303 A and 303 C having a gain (−0.5).

Figure 0005652593
Figure 0005652593
Figure 0005652593
Figure 0005652593
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上記の演算により、2つの線間電圧指令vMC ,vAC の振幅が異なる場合や、2つの指令の位相差が前述のように90度でない場合にも、相電圧指令v ,v ,v を容易に演算することができる。 Even when the amplitudes of the two line voltage commands v MC * and v AC * are different from each other and the phase difference between the two commands is not 90 degrees as described above, the phase voltage commands v M * , v A * and v C * can be easily calculated.

相電圧指令演算手段300によって得られた相電圧指令v ,v ,v は、第1の電圧指令補正手段400に入力される。この電圧指令補正手段400は、「2」を直流電圧検出値Edcにより除算する除算器402と、除算器402の出力を相電圧指令v ,v ,v にそれぞれ乗算する乗算器401,401,401とから構成されており、これら乗算器401,401,401の出力が変調信号λ ,λ ,λ となる。 The phase voltage commands v M * , v A * , and v C * obtained by the phase voltage command calculation unit 300 are input to the first voltage command correction unit 400. The voltage command correcting means 400 divides “2” by the DC voltage detection value E dc and multiplies the output of the divider 402 by the phase voltage commands v M * , v A * , and v C * , respectively. The multipliers 401 M , 401 A , and 401 C are configured, and the outputs of these multipliers 401 M , 401 A , and 401 C are modulated signals λ M * , λ A * , and λ C * .

変調信号λ ,λ ,λ は、第2の電圧指令補正手段500に入力される。この電圧指令補正手段500は、変調信号λ ,λ ,λ から図3(a)に示したような補正信号λ を演算する補正信号演算手段501と、上記補正信号λ を変調信号λ ,λ ,λ にそれぞれ加算して最終的な変調信号λ **,λ **,λ **を得る加算器502,502,502とから構成されている。
ここで、補正信号演算手段501は、変調信号λ ,λ ,λ と補正信号λ とを加算した結果、図3(b)に示すごとく、特定の期間にわたり、最終的な変調信号λ **,λ **,λ **のうちのいずれか一つがキャリア三角波の最大値または最小値と等しくなるような補正信号λ を生成する。この補正信号演算手段501の詳細については、後述する。
The modulation signals λ M * , λ A * , and λ C * are input to the second voltage command correction unit 500. The voltage command correction means 500 includes a correction signal calculation means 501 for calculating a correction signal λ 0 * as shown in FIG. 3A from the modulation signals λ M * , λ A * , λ C *, and the correction signal. Adders 502 M , 502 A that add λ 0 * to the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * , respectively, to obtain final modulation signals λ M ** , λ A ** , λ C ** , and a 502 C.
Here, as a result of adding the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * and the correction signal λ 0 * , the correction signal calculation unit 501 performs a final process over a specific period as shown in FIG. The correction signal λ 0 * is generated so that one of the modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** becomes equal to the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave. Details of the correction signal calculation means 501 will be described later.

次に、第2の電圧指令補正手段500から出力された最終的な変調信号λ **,λ **,λ **は、比較器601,601,601においてキャリア三角波とそれぞれ比較され、その出力がそのまま、または反転器602,602,602を介することにより、電力変換装置を構成するIGBTのゲート信号GTMP,GTMN,GTAP,GTAN,GTCP,GTCNとなる。 Next, the final modulation signals λ M ** , λ A ** and λ C ** output from the second voltage command correction means 500 are converted into carrier triangular waves in the comparators 601 M , 601 A and 601 C , respectively. The outputs are compared with each other as they are or through the inverters 602 M , 602 A , and 602 C , so that the gate signals G TMP , G TMN , G TAP , G TAN , G TCP , G TCN .

以上の動作により、最終的な変調信号λ **,λ **,λ **の波形は図3(b)に示すように正弦波ではなくなり、相電圧v,v,vの波形も、図3(c)に示すように正弦波ではなくなる。しかし、目的とする線間電圧指令vMC ,vAC から得た変調信号λ ,λ ,λ に同一の補正信号λ を加算しているから、電力変換装置100の出力線間電圧(一方の相電圧と他方の相電圧との差電圧)には、各相電圧に重畳された補正信号λ 成分が相殺されて現れず、指令vMC ,vAC どおりの正弦波状の線間電圧vMC,vACを得ることができる。 With the above operation, the final modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** are not sine waves as shown in FIG. 3B, and the phase voltages v M , v A , v The waveform of C is not a sine wave as shown in FIG. However, since the same correction signal λ 0 * is added to the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * obtained from the target line voltage commands v MC * , v AC * , the power conversion device In 100 output line voltages (difference voltage between one phase voltage and the other phase voltage), the correction signal λ 0 * component superimposed on each phase voltage is not canceled and does not appear, and the command v MC * , v A sinusoidal line voltage v MC , v AC can be obtained as AC * .

次いで、補正信号演算手段501の動作について説明する。図2は、補正信号演算手段501に実装される、補正信号λ を演算するためのフローチャートである。
(1)まず、M相及びC相の変調信号λ ,λ の絶対値演算を行い、各絶対値λ ABS,λ ABSを得る(ステップS1)。前述したように、M相電圧指令v とA相電圧指令v とは、振幅が等しく位相が反転するような電圧指令としているため、M相変調信号の絶対値λ ABSはA相変調信号の絶対値λ ABSと等しくなる。
Next, the operation of the correction signal calculation unit 501 will be described. FIG. 2 is a flowchart for calculating the correction signal λ 0 * , which is implemented in the correction signal calculation means 501.
(1) First, the absolute values of the M-phase and C-phase modulation signals λ M * , λ C * are calculated to obtain the absolute values λ M * ABS , λ C * ABS (step S1). As described above, since the M-phase voltage command v M * and the A-phase voltage command v A * are voltage commands that have the same amplitude and the phase is inverted, the absolute value λ M * ABS of the M-phase modulation signal is It becomes equal to the absolute value λ A * ABS of the A phase modulation signal.

(2)次に、M相変調信号の絶対値λ ABSとC相変調信号の絶対値λ ABSとの大小関係を判断し、どの相の最終的な変調信号をキャリア三角波の最大値または最小値と同一にするかを選択する(ステップS2)。具体的には、下記の数式9を満足する場合は、M相変調信号λ **またはA相変調信号λ **のいずれか一方がキャリア三角波の最大値と同一値になるようにし、逆に、数式9を満足しない場合は、C相変調信号λ **がキャリア三角波の最大値または最小値と同一値になるようにする。 (2) Next, the magnitude relationship between the absolute value λ M * ABS of the M- phase modulation signal and the absolute value λ C * ABS of the C-phase modulation signal is determined, and the final modulation signal of which phase is the maximum of the carrier triangular wave It is selected whether it is the same as the value or the minimum value (step S2). Specifically, when the following Expression 9 is satisfied, either one of the M phase modulation signal λ M ** or the A phase modulation signal λ A ** is set to the same value as the maximum value of the carrier triangular wave, On the other hand, when Expression 9 is not satisfied, the C-phase modulation signal λ C ** is set to the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave.

Figure 0005652593
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(3)ステップS2において、例えば、M相変調信号λ **またはA相変調信号λ **のいずれか一方をキャリア三角波の最大値と同一値にすることが選択されたならば(ステップS2YES)、M相変調信号λ **またはA相変調信号λ **のどちらをキャリア三角波の最大値と同一値にするかを選択する(ステップS3)。
具体的には、下記の数式10を満足する場合には、M相変調信号λ **がキャリア三角波の最大値(ここでは、1)と同一値になるような補正量λ を、下記の数式11により演算する(ステップS3YES,S5)。また、数式10を満足しない場合は、A相変調信号λ **がキャリア三角波の最大値と同一値になるような補正量λ を、下記の数式12により演算する(ステップS3NO,S6)。
(3) In step S2, for example, if it is selected that one of the M-phase modulation signal λ M ** and the A-phase modulation signal λ A ** is set to the same value as the maximum value of the carrier triangular wave (step S1) S2 YES), it is selected which of the M-phase modulation signal λ M ** and the A-phase modulation signal λ A ** is set to the same value as the maximum value of the carrier triangular wave (step S3).
Specifically, when the following Expression 10 is satisfied, a correction amount λ 0 * is set so that the M-phase modulation signal λ M ** becomes the same value as the maximum value (here, 1) of the carrier triangular wave. Calculation is performed using the following equation 11 (YES in steps S3 and S5). If Expression 10 is not satisfied, a correction amount λ 0 * is calculated by Expression 12 below so that the A-phase modulation signal λ A ** becomes the same value as the maximum value of the carrier triangular wave (Steps S3NO, S6). ).

Figure 0005652593
Figure 0005652593
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Figure 0005652593
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(4)一方、ステップS2において、C相変調信号λ **をキャリア三角波の最大値または最小値と同一値にすることが選択されたならば(ステップS2NO)、C相変調信号λ **をキャリア三角波の最大値と最小値とのどちらと同一値にするのかを選択する(ステップS4)。
具体的には、下記の数式13を満足する場合には、C相変調信号λ **がキャリア三角波の最大値(ここでは、1)と同一値になるような補正信号λ を、下記の数式14により演算する(ステップS4YES,S7)。また、数式13を満足しない場合は、C相変調信号λ **がキャリア三角波の最小値(ここでは、−1)と同一値になるような補正信号λ を、下記の数式15により演算する(ステップS4NO,S8)。
(4) On the other hand, if it is selected in step S2 that C-phase modulation signal λ C ** is set to the same value as the maximum or minimum value of the carrier triangular wave (NO in step S2), C-phase modulation signal λ M ** It is selected whether to set * to the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave (step S4).
Specifically, when the following Expression 13 is satisfied, the correction signal λ 0 * is set so that the C-phase modulation signal λ C ** becomes the same value as the maximum value (here, 1) of the carrier triangular wave. Calculation is performed by the following formula 14 (steps S4 YES, S7). If Expression 13 is not satisfied, a correction signal λ 0 * that causes the C-phase modulation signal λ C ** to be the same value as the minimum value (here, −1) of the carrier triangular wave is expressed by Expression 15 below. Calculate (steps S4 NO, S8).

Figure 0005652593
Figure 0005652593
Figure 0005652593
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Figure 0005652593
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以上説明した例においては、M相変調信号λ **またはA相変調信号λ **がキャリア三角波の最大値と同一になるようにしているが、キャリア三角波の最小値と同一となるようにしてもよい。更には、図4(b)(前述した図3は出力1周期分の波形例であるのに対し、図4は出力2周期分の波形例)に示すように、M相変調信号λ **、A相変調信号λ **が、キャリア三角波の最大値、最小値とそれぞれ交互に同一になるようにしてもよい。 In the example described above, the M-phase modulation signal λ M ** or the A-phase modulation signal λ A ** is set to be the same as the maximum value of the carrier triangular wave, but is set to be the same as the minimum value of the carrier triangular wave. It may be. Furthermore, as shown in FIG. 4B (the above-described FIG. 3 shows a waveform example for one output period, FIG. 4 shows a waveform example for two output periods), the M-phase modulation signal λ M * * And A phase modulation signal λ A ** may be alternately the same as the maximum value and the minimum value of the carrier triangular wave.

次いで、図6は、本発明の第実施形態における各部の波形例を示したものである。
この第実施形態も、基本形態と同様に、補正後の変調信号λ **,λ **,λ **が正弦波ではない。また、基本形態では、3つの変調信号λ **,λ **,λ **のうちのいずれかが、特定の期間、キャリア三角波の最大値または最小値と同一値を保持するのに対し、本実施形態では、2つの変調信号λ **,λ **のいずれか一方が、特定の期間、キャリア三角波の最大値または最小値と同一値を保持するものであり、変調信号λ **については、キャリア三角波の最大値または最小値と同一値を保持することはない。
Next, FIG. 6 shows a waveform example of each part in the first embodiment of the present invention.
In the first embodiment as well, the modulated signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** after correction are not sine waves, as in the basic embodiment. In the basic mode, any one of the three modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** holds the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave for a specific period. On the other hand, in the present embodiment, one of the two modulation signals λ M ** and λ C ** holds the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave for a specific period. The signal λ A ** does not hold the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave.

以下、この第実施形態について、基本形態と同一の部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
制御ブロックとしては、基本形態と同様に図1で表すことができ、図1における補正信号演算手段501の機能が基本形態と異なっている。
すなわち、補正信号演算手段501では、変調信号λ ,λ ,λ と補正信号λ とを加算した結果、図6(b)に示すごとく、最終的な変調信号λ **,λ **のうちのいずれか一方がキャリア三角波の最大値または最小値と等しくなるような補正信号λ を生成する。
このようにした場合にも、基本形態と同様な理由から、所望の出力線間電圧を得ることができる。
Hereinafter, in the first embodiment, description of the same parts as the basic form will be omitted, and different parts will be mainly described.
The control block can be represented in FIG. 1 similarly to the basic form, and the function of the correction signal calculation means 501 in FIG. 1 is different from the basic form.
That is, in the correction signal calculation means 501, as a result of adding the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * and the correction signal λ 0 * , as shown in FIG. 6B, the final modulation signal λ M A correction signal λ 0 * is generated so that one of ** and λ C ** is equal to the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave.
Even in this case, a desired output line voltage can be obtained for the same reason as in the basic mode.

次に、本実施形態における補正信号演算手段501の動作を説明する。
図5は、補正信号演算手段501に実装される、補正信号λ を演算するためのフローチャートである。ここでは、変調信号λ **,λ **のいずれか一方が特定の期間、キャリア三角波の最大値または最小値と同一の値を保持するような補正信号λ を演算するための動作となる。
Next, the operation of the correction signal calculation unit 501 in this embodiment will be described.
FIG. 5 is a flowchart for calculating the correction signal λ 0 * , which is implemented in the correction signal calculation means 501. Here, for calculating a correction signal λ 0 * such that one of the modulation signals λ M ** and λ C ** holds the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave for a specific period. It becomes operation.

(1)まず、図2におけるステップS1と同様に、M相変調信号λ 及びC相変調信号λ の絶対値演算を行い、絶対値λ ABS,λ ABSを得る(ステップS11)。
(2)次に、M相変調信号の絶対値λ ABSとC相変調信号の絶対値λ ABSとの大小関係を判断し、M相、C相のうち、どちらの相の最終的な変調信号をキャリア三角波の最大値または最小値と同一にするかを選択する(ステップS12)。具体的には、下記の数式16を満足する場合にはM相を選択し(ステップS12YES)、満足しない場合にはC相を選択する(ステップS12NO)。
(1) First, as in step S1 in FIG. 2, the absolute values of the M-phase modulation signal λ M * and the C-phase modulation signal λ C * are calculated to obtain absolute values λ M * ABS and λ C * ABS ( Step S11).
(2) Next, the magnitude relationship between the absolute value λ M * ABS of the M- phase modulation signal and the absolute value λ C * ABS of the C-phase modulation signal is determined, and the final of which phase of the M phase and the C phase is determined. It is selected whether to make the same modulation signal the same as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave (step S12). Specifically, if the following Expression 16 is satisfied, the M phase is selected (step S12 YES), and if not satisfied, the C phase is selected (step S12 NO).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

(3)ステップS12において、例えばM相が選択された場合には、更にM相変調信号λ の正負判断を行う(ステップS12YES,S13)。
(4)そして、M相変調信号λ が正であれば、最終的なM相変調信号λ **とキャリア三角波の最大値(ここでは、1)とが等しくなるような補正信号λ を下記の数式17により演算する(ステップS13YES,S15)。
(3) In step S12, for example, when the M phase is selected, the sign of the M phase modulation signal λ M * is further determined (YES in steps S12 and S13).
(4) If the M-phase modulation signal λ M * is positive, the correction signal λ is such that the final M-phase modulation signal λ M ** is equal to the maximum value of the carrier triangular wave (here, 1). 0 * is calculated by the following equation 17 (YES in steps S13 and S15).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

(5)また、M相変調信号λ が負であれば、最終的なM相変調信号λ **とキャリア三角波の最小値(ここでは、−1)とが等しくなるような補正信号λ を、下記の数式18により演算する(ステップS13NO,S16)。 (5) If the M-phase modulation signal λ M * is negative, a correction signal that makes the final M-phase modulation signal λ M ** equal to the minimum value (here, −1) of the carrier triangular wave. λ 0 * is calculated by the following mathematical formula 18 (steps S13 NO, S16).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

なお、ステップS12においてC相が選択された場合(ステップS12NO)の処理は、ステップS14,S17,S18において、上記(4),(5)におけるλ ,λ **をλ ,λ **に読み替えた処理と同一になる。 When the phase C is selected in step S12 (NO in step S12), in steps S14, S17, and S18, λ M * and λ M ** in the above (4) and (5) are changed to λ C * , This is the same as the processing read as λ C ** .

ここで、電力変換装置100の負荷である2相電動機200としては、2つの巻線201,202の機械的構造及び電気的特性が異なる場合が想定される。例えば、M相の巻線を構成する線材の線径に対し、A相の巻線を構成する線材の線径が細い場合、インピーダンスが2つの相で異なるだけでなく、A相の巻線の線径が細いが故に、A相巻線における異常発熱を防止する目的で、A相電流をM相電流に対して低減させる必要性が生じる。
この場合、電力変換装置100によって出力電圧の大きさを調整することなどにより、A相に流す電流をM相に対して意図的に低減することが必要であるが、その場合のA相の電流を抑制する手段については種々の方法が考えられ、また、本発明の要旨でもないため、説明を省略する。
Here, as the two-phase motor 200 that is the load of the power conversion device 100, it is assumed that the mechanical structures and electrical characteristics of the two windings 201 and 202 are different. For example, when the wire diameter of the wire constituting the A-phase winding is thin relative to the wire diameter of the wire constituting the M-phase winding, the impedance is not only different between the two phases, but also of the A-phase winding. Since the wire diameter is thin, it is necessary to reduce the A-phase current with respect to the M-phase current in order to prevent abnormal heat generation in the A-phase winding.
In this case, it is necessary to intentionally reduce the current flowing in the A phase with respect to the M phase by adjusting the magnitude of the output voltage by the power conversion device 100, but the A phase current in that case Various means are conceivable as means for suppressing the above, and the description is omitted because it is not the gist of the present invention.

なお、2相電動機200のC相には、M相電流とA相電流との合成電流が流れるから、3つの相のうち、最も小さい電流が流れるのはA相である。このことは、図11においてA相に接続された上下アームのIGBT TAP,TANで発生する損失が小さいことを意味し、換言すると、M相、C相に接続された上下アームのIGBT TMP,TMN,TCP,TCNで発生する損失が大きいことを意味する。
しかるに、本実施形態では、元々、発生損失が小さい相のスイッチング回数は従来と同等とし、発生損失が大きい相のスイッチング回数を低減することにより、効果的に電力変換装置全体で発生する損失を低減することができる。
Note that since the combined current of the M-phase current and the A-phase current flows in the C phase of the two-phase motor 200, the smallest current among the three phases flows in the A phase. This means that the loss generated in the IGBT T AP and T AN of the upper and lower arms connected to the A phase in FIG. 11 is small, in other words, the IGBT T of the upper and lower arms connected to the M phase and the C phase. MP, T MN, T CP, which means that a large loss occurring in T CN.
However, in the present embodiment, the number of switching times of the phase with a small generated loss is originally equal to that of the conventional one, and the switching frequency of the phase with a large generated loss is reduced, thereby effectively reducing the loss generated in the entire power converter. can do.

次に、図9は本発明の参考形態における各部の波形例を示したものである。すなわち、図9(a)は、変調信号λ ,λ ,λ 及びその補正信号λ を、図9(b)は、変調信号λ ,λ ,λ に補正信号λ を加算してなる最終的な変調信号λ **,λ **,λ **及びキャリア三角波を、また、図9(c)は、出力電圧(出力相電圧v,v,v及び出力線間電圧vMC,vAC)の波形をそれぞれ示している。ここでも、出力電圧波形についてはスイッチング成分を除去した基本波のみを示している。 Next, FIG. 9 shows a waveform example of each part in the reference embodiment of the present invention. 9A shows the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * and their correction signals λ 0 * , and FIG. 9B shows the modulation signals λ M * , λ A * , λ C. The final modulation signal λ M ** , λ A ** , λ C ** and carrier triangular wave obtained by adding the correction signal λ 0 * to * , and FIG. 9C shows the output voltage (output phase The waveforms of voltages v M , v A , v C and output line voltages v MC , v AC ) are shown respectively. Here, only the fundamental wave from which the switching component is removed is shown for the output voltage waveform.

この参考形態においても、最終的な変調信号λ **,λ **,λ **が正弦波ではなく、各変調信号λ **,λ **,λ **がそれぞれ特定の期間、キャリア三角波の最大値または最小値と同一値を保持している。このような変調信号λ **,λ **,λ **を用いることで、図9(c)に示すように、相電圧v,v,vは正弦波でなくなるが線間電圧vMC,vACは正弦波となり、最終的な変調信号がキャリア三角波の最大値または最小値と同一値である相のIGBTはスイッチングを行わないため、スイッチング損失の低減が可能である。 Also in this reference embodiment, the final modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** are not sine waves, and the modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** are respectively It holds the same value as the maximum or minimum value of the carrier triangular wave for a specific period. By using such modulation signals λ M ** , λ A ** and λ C ** , the phase voltages v M , v A and v C are not sine waves as shown in FIG. 9C. The line voltages v MC and v AC are sine waves, and the phase IGBT whose final modulation signal is the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave does not perform switching, so that switching loss can be reduced. .

図7は、本形態における制御ブロック図を示している。なお、図7において、図1と同一の構成及び機能を有するものには同一の番号を付してあり、以下では図1と異なる部分を中心として、図9の波形を参照しながら説明する。
本形態では、2相電動機200を可変速駆動するにあたり、3つの相電圧の位相角を電気的に120度ずつずらし、かつ、3つの相電圧のうち、少なくとも1つの相電圧の振幅を他の相電圧の振幅と異ならせることにより、所望の出力線間電圧を得るものである。
Figure 7 shows a control block diagram in the present form state. In FIG. 7, components having the same configurations and functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the following description will be made with reference to the waveforms in FIG.
In this form state, upon variable speed drives a two-phase motor 200, electrically shifted by 120 degrees the phase angle of the three phase voltages, and, of the three phase voltages, the other an amplitude of at least one phase voltage By making the phase voltage different from the amplitude of the desired output line voltage, a desired output line voltage is obtained.

例えば、所望の2つの線間電圧(M−C間、A−C間)の振幅指令をそれぞれVMC ,VAC とし、また、A−C間線間電圧指令vAC がM−C間線間電圧指令vMC に対して90度位相進みである場合には、各相電圧の振幅指令V ,V ,V を、それぞれ数式19〜数式21によって計算することができる。 For example, the amplitude commands for two desired line voltages (between M and C and between A and C) are V MC * and V AC * , respectively, and the line voltage command v AC * between A and C is M− In the case where the phase lead is 90 degrees with respect to the inter-C line voltage command v MC * , the amplitude commands V C * , V A * , and V M * of the respective phase voltages are calculated by Formulas 19 to 21, respectively. be able to.

Figure 0005652593
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ここで、所望の2つの線間電圧の振幅指令VMC ,VAC が等しい場合、つまり数式22が成り立つ場合には、数式23〜数式25を得ることができる。 Here, when the amplitude commands V MC * and V AC * of the desired two line voltages are equal, that is, when Expression 22 holds, Expressions 23 to 25 can be obtained.

Figure 0005652593
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上述した演算は、図7における相電圧指令演算手段350によって実現される。
すなわち、相電圧指令演算手段350内の線間電圧振幅指令演算部351において演算された所望の線間電圧の振幅指令VMC ,VAC は、M相電圧振幅指令演算部352、A相電圧振幅指令演算部352、C相電圧振幅指令演算部352に入力され、これらの演算部352,352,352において、各相電圧の振幅指令V ,V ,V が、例えば前述の数式19〜数式21によって計算される。
The calculation described above is realized by the phase voltage command calculation means 350 in FIG.
That is, the desired line voltage amplitude commands V MC * and V AC * calculated by the line voltage amplitude command calculation unit 351 in the phase voltage command calculation means 350 are the M phase voltage amplitude command calculation units 352 M , A The phase voltage amplitude command calculation unit 352 A and the C phase voltage amplitude command calculation unit 352 C are input to the calculation unit 352 M , 352 A , 352 C , and the amplitude command V M * , V A * , V C * is calculated by, for example, the above-described Equations 19 to 21.

一方、周波数指令演算部354において周波数指令Fが演算されると、電気角演算部355では、周波数指令Fに基づく電気角θが演算される。この電気角θは相電圧基準正弦波信号演算部356に入力され、振幅が1で、各々の電気的位相角が120度ずつずれた各相電圧指令の基準となる基準正弦波指令vM0 ,vA0 ,vC0 が演算される。
次いで、基準正弦波指令vM0 ,vA0 ,vC0 と、先に演算部352,352,352により演算された各相電圧の振幅指令V ,V ,V とを、乗算器353,353,353にてそれぞれ乗算することで、各相電圧指令v ,v ,v が演算される。
以上を整理すると、各相電圧指令v ,v ,v は数式26〜数式28によって表すことができる。ただし、数式29〜数式31を条件とする。
On the other hand, when the frequency command F * is calculated in the frequency command calculation unit 354, the electrical angle calculation unit 355 calculates the electrical angle θ based on the frequency command F * . This electrical angle θ is input to the phase voltage reference sine wave signal calculation unit 356, the amplitude is 1, and the reference sine wave command v M0 * serving as a reference for each phase voltage command with each electrical phase angle shifted by 120 degrees . , V A0 * , v C0 * are calculated.
Next, the reference sine wave commands v M0 * , v A0 * , v C0 * and the amplitude commands V M * , V A * , V of the respective phase voltages previously calculated by the calculation units 352 M , 352 A , 352 C. Each phase voltage command v M * , v A * , v C * is calculated by multiplying C * by multipliers 353 M , 353 A , and 353 C, respectively.
To summarize the above, each phase voltage command v M * , v A * , v C * can be expressed by Expression 26 to Expression 28. However, Expression 29 to Expression 31 are used as conditions.

Figure 0005652593
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Figure 0005652593

ここで、数式19〜数式21、及び、数式26〜数式28から明らかなように、所望の2つの線間電圧(M−C間、A−C間)の振幅指令VMC ,VAC が異なり、かつ、A−C間線間電圧指令vAC がM−C間線間電圧指令vMC に対して90度位相進みである場合には、3つの相電圧指令v ,v ,v の振幅が異なり、電気的位相角は互いに120度ずつずれることになる。
一方、数式23〜数式25、及び、数式26〜数式28から明らかなように、所望の2つの線間電圧(M−C間、A−C間)の振幅指令VMC ,VAC が同一であり、かつ、A−C間線間電圧指令vAC がM−C間線間電圧指令vMC に対して90度位相進みである場合には、3つの相電圧指令v ,v ,v のうち、1つの相電圧指令の振幅が他の2つの相電圧指令の振幅と異なり、また、各々の相電圧指令の電気的位相角は、互いに120度ずつずれることになる。
Here, as is clear from Equations 19 to 21 and Equations 26 to 28, amplitude commands V MC * and V AC * of desired two line voltages (between M and C and between A and C) . Are different, and the AC line voltage command v AC * is 90 degrees ahead of the MC line voltage command v MC * , the three phase voltage commands v M * , The amplitudes of v A * and v C * are different, and the electrical phase angles are shifted from each other by 120 degrees.
On the other hand, as is clear from Equations 23 to 25 and Equations 26 to 28, amplitude commands V MC * and V AC * of desired two line voltages (between M and C and between A and C) are obtained. If they are the same, and the A-C line voltage command v AC * is 90 degrees ahead of the MC line voltage command v MC * , then the three phase voltage commands v M * , V A * , v C * , the amplitude of one phase voltage command is different from the amplitude of the other two phase voltage commands, and the electrical phase angle of each phase voltage command is shifted by 120 degrees from each other. It will be.

例として、所望の2つの線間電圧の振幅指令VMC ,VAC が同一であり、かつ、線間電圧指令vAC が線間電圧指令vMC に対して90度位相進みの場合における、電力変換装置100の電圧指令値の振幅及び位相関係を表すフェーザ図を、図10に示す。 As an example, the amplitude commands V MC * and V AC * of the desired two line voltages are the same, and the line voltage command v AC * is advanced by 90 degrees with respect to the line voltage command v MC * . FIG. 10 shows a phasor diagram representing the amplitude and phase relationship of the voltage command value of power converter 100 in this case.

上記のように相電圧指令演算手段350によって得られた相電圧指令v ,v ,v は、図1と同一構成の第1の電圧指令補正手段400に入力され、変調信号λ ,λ ,λ が演算される。
次に、第2の電圧指令補正手段500内の補正信号演算手段510では、変調信号λ ,λ ,λ と補正信号λ とを加算した結果、図9(b)に示すごとく、最終的な変調信号λ **,λ **,λ **のうちのいずれか1つがキャリア三角波の最大値または最小値と同一値になるような補正信号λ を生成する。なお、この補正信号演算手段510の詳細な動作については後述する。
補正信号λ と変調信号λ ,λ ,λ とをそれぞれ加算する加算器502,502,502以降の構成及び動作は、前述した各形態と同一であるため、説明を省略する。
The phase voltage commands v M * , v A * , and v C * obtained by the phase voltage command calculation unit 350 as described above are input to the first voltage command correction unit 400 having the same configuration as that in FIG. λ M * , λ A * , and λ C * are calculated.
Next, the correction signal calculation means 510 in the second voltage command correction means 500 adds the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * and the correction signal λ 0 * , as a result of FIG. 9B. As shown in FIG. 4, a correction signal λ 0 * is set so that one of the final modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** becomes the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave . Is generated. The detailed operation of the correction signal calculation unit 510 will be described later.
Correction signal lambda 0 * and the modulation signal λ M *, λ A *, λ C * and an adder 502 M for adding respectively, 502 A, of 502 C after construction and operation is the corresponding model on purpose the same previously described Therefore, the description is omitted.

この参考形態においても、最終的な変調信号λ **,λ **,λ **は図9(b)に示すように正弦波ではなくなり、相電圧波形も図9(c)に示すように正弦波ではなくなる。しかし、目的とする線間電圧指令vMC ,vAC から得た変調信号λ ,λ ,λ に同一の補正信号λ を加算しているから、電力変換装置100の出力線間電圧には、各相電圧に重畳された補正信号λ 成分が相殺されて現れず、指令vMC ,vAC どおりの正弦波状の線間電圧vMC,vACを得ることができる。 Also in this reference embodiment, the final modulation signals λ M ** , λ A ** , and λ C ** are not sine waves as shown in FIG. 9B, and the phase voltage waveforms are also shown in FIG. 9C. As shown, it is no longer a sine wave. However, since the same correction signal λ 0 * is added to the modulation signals λ M * , λ A * , λ C * obtained from the target line voltage commands v MC * , v AC * , the power conversion device In the output line voltage of 100, the correction signal λ 0 * component superimposed on each phase voltage is not canceled and does not appear, and the sinusoidal line voltages v MC , v AC according to the commands v MC * , v AC *. Can be obtained.

次いで、補正信号演算手段510の動作について説明する。図8は、補正信号演算手段510に実装される、補正信号λ を演算するためのフローチャートである。
(1)まず、3つの出力相電圧の基準正弦波指令vM0 ,vA0 ,vC0 の絶対値演算を行い、絶対値vM0 ABS,vA0 ABS,vC0 ABSを得る(ステップS21)。
(2)次に、得られた3つの絶対値vM0 ABS,vA0 ABS,vC0 ABSの中から、最大値v ABSMAXを得る(ステップS22)。
Next, the operation of the correction signal calculation unit 510 will be described. FIG. 8 is a flowchart for calculating the correction signal λ 0 * , which is implemented in the correction signal calculation means 510.
(1) First, the absolute values of the three output phase voltage reference sine wave commands v M0 * , v A0 * and v C0 * are calculated, and the absolute values v M0 * ABS , v A0 * ABS and v C0 * ABS are calculated. Obtain (step S21).
(2) Next, the maximum value v 0 * ABSMAX is obtained from the obtained three absolute values v M0 * ABS , v A0 * ABS , and v C0 * ABS (step S22).

(3)更に、上記最大値v ABSMAXがM相、A相、C相のうちのどの相の絶対値であるかを判別し、当該相の最終的な変調信号をキャリア三角波の最大値または最小値と同一値にするべく決定する。具体的には、下記の数式32を満足する場合はM相変調信号λ **を(ステップS23YES)、下記の数式33を満足する場合はA相変調信号λ **を(ステップS25YES)、また、数式32,数式33のいずれも満足しない場合はC相変調信号λ **を(ステップS25NO)、キャリア三角波の最大値または最小値と同一値とするように決定する。 (3) Further, it is determined which phase of the maximum value v 0 * ABSMAX is the absolute value of the M phase, the A phase, or the C phase, and the final modulation signal of the phase is determined as the maximum value of the carrier triangular wave. Alternatively, it is determined to be the same value as the minimum value. Specifically, if the following equation 32 is satisfied, the M-phase modulation signal λ M ** is determined (YES in step S23), and if the following equation 33 is satisfied, the A-phase modulation signal λ A ** is determined (YES in step S25). If neither of the formulas 32 and 33 is satisfied, the C-phase modulation signal λ C ** is determined to be the same value as the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave (NO in step S25).

Figure 0005652593
Figure 0005652593
Figure 0005652593
Figure 0005652593

(4)ステップS23においてM相が選択されたならば(ステップS23YES)、M相の基準正弦波指令vM0 の極性判別を行い(ステップS24)、M相変調信号λ **を、キャリア三角波の最大値(=1)と同一にするのか、最小値(=−1)と同一にするのかを判別する。具体的には、下記の数式34を満足する場合はM相変調信号λ **をキャリア三角波の最大値(=1)と同一となるようにし(ステップS24YES)、満足しない場合はM相変調信号λ **をキャリア三角波の最小値(=−1)と同一となるようにする(ステップS24NO)。 (4) If the M phase is selected in step S23 (YES in step S23), the polarity of the M phase reference sine wave command v M0 * is determined (step S24), and the M phase modulation signal λ M ** is transmitted to the carrier. It is determined whether it is the same as the maximum value (= 1) of the triangular wave or the same as the minimum value (= −1). Specifically, when the following Expression 34 is satisfied, the M-phase modulation signal λ M ** is set to be the same as the maximum value (= 1) of the carrier triangular wave (YES in step S24). The signal λ M ** is set to be the same as the minimum value (= −1) of the carrier triangular wave (NO in step S24).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

(5)ステップS24において、M相変調信号λ **をキャリア三角波の最大値(=1)と同一とすることが選択されたならば、数式35により補正信号λ を計算する(ステップS24YES,S28)。 (5) If it is selected in step S24 that the M-phase modulation signal λ M ** is the same as the maximum value of the carrier triangular wave (= 1), the correction signal λ 0 * is calculated by Equation 35 (step S24). S24 YES, S28).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

(6)ステップS24において、M相変調信号λ **をキャリア三角波の最小値(=1)と同一とすることが選択されたならば、数式36により補正信号λ を計算する(ステップS24NO,S29)。 (6) If it is selected in step S24 that the M-phase modulation signal λ M ** is the same as the minimum value (= 1) of the carrier triangular wave, the correction signal λ 0 * is calculated by Equation 36 (step S24NO, S29).

Figure 0005652593
Figure 0005652593

なお、ステップS25においてA相が選択された場合(ステップS25YES)の処理、及び、C相が選択された場合(ステップS25NO)の処理は、ステップS26,S30,S31、または、ステップS27,S32,S33において、上記(4),(5)におけるλ ,λ **を、λ ,λ **またはλ ,λ **に読み替えた処理と同一になる。 In addition, the process when the phase A is selected in step S25 (step S25 YES) and the process when the phase C is selected (step S25 NO) are the steps S26, S30, S31, or steps S27, S32, In S33, the processing is the same as the processing in which λ M * and λ M ** in (4) and (5) are replaced with λ A * and λ A ** or λ C * and λ C ** .

100:電力変換装置
101,102:平滑コンデンサ
103:直流電源
200:電動機(誘導電動機)
201,202:巻線
300:相電圧指令演算手段
301,302:加算器
350:相電圧指令演算手段
351:線間電圧振幅指令演算部
352:M相電圧振幅指令演算部
352:A相電圧振幅指令演算部
352:C相電圧振幅指令演算部
353,353,353:乗算器
354:周波数指令演算部
355:電気角演算部
356:相電圧基準正弦波信号演算部
400:第1の電圧指令補正手段
401,401,401:乗算器
402:除算器
500:第2の電圧指令補正手段
501,510:補正信号演算手段
502,502,502:加算器
601,601,601:比較器
602,602,602:反転器
MP,TMN,TAP,TAN,TCP,TCN:半導体スイッチ(IGBT)
100: Power converters 101, 102: Smoothing capacitor 103: DC power supply 200: Electric motor (induction motor)
201, 202: Winding 300: Phase voltage command calculating means 301, 302: Adder 350: Phase voltage command calculating means 351: Line voltage amplitude command calculating section 352 M : M phase voltage amplitude command calculating section 352 A : A phase Voltage amplitude command calculator 352 C : C phase voltage amplitude command calculator 353 M , 353 A , 353 C : Multiplier 354: Frequency command calculator 355: Electrical angle calculator 356: Phase voltage reference sine wave signal calculator 400: First voltage command correction means 401 M , 401 A , 401 C : Multiplier 402: Divider 500: Second voltage command correction means 501 and 510: Correction signal calculation means 502 M , 502 A and 502 C : Adder 601 M, 601 A, 601 C : comparator 602 M, 602 A, 602 C : inverter T MP, T MN, T AP , T AN, T CP, T CN: half Body switch (IGBT)

Claims (2)

第1の半導体スイッチと第2の半導体スイッチとを直列接続して構成した第1の半導体スイッチ直列回路と、
第3の半導体スイッチと第4の半導体スイッチとを直列接続して構成した第2の半導体スイッチ直列回路と、
第5の半導体スイッチと第6の半導体スイッチとを直列接続して構成した第3の半導体スイッチ直列回路と、
直流電圧源と、をすべて並列接続すると共に、
第1の半導体スイッチと第2の半導体スイッチとの直列接続点、第3の半導体スイッチと第4の半導体スイッチとの直列接続点、第5の半導体スイッチと第6の半導体スイッチとの直列接続点を、それぞれ第1相、第2相、第3相の出力端子として負荷に接続してなる電力変換装置において、
前記直流電圧源の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
第1相〜第3相に対する第1〜第3の電圧指令のうち、振幅を同一とし、かつ、電気的位相角を180度ずらした2つの電圧指令を生成する電圧指令生成手段と、
第1〜第3の電圧指令の振幅を、前記電圧検出手段による電圧検出値に応じて補正する第1の電圧指令補正手段と、
第1〜第の半導体スイッチ直列回路のうち、1つの半導体スイッチ直列回路を構成する半導体スイッチがオンオフを繰り返し、残りの2つの半導体スイッチ直列回路を構成する4つの半導体スイッチのうち少なくとも1つの半導体スイッチがオン状態を保持するように、第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令を補正する第2の電圧指令補正手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
A first semiconductor switch series circuit configured by connecting a first semiconductor switch and a second semiconductor switch in series;
A second semiconductor switch series circuit configured by connecting a third semiconductor switch and a fourth semiconductor switch in series;
A third semiconductor switch series circuit configured by connecting a fifth semiconductor switch and a sixth semiconductor switch in series;
Connect all the DC voltage sources in parallel,
Series connection point of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, Series connection point of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch, Series connection point of the fifth semiconductor switch and the sixth semiconductor switch Are connected to a load as output terminals of the first phase, the second phase, and the third phase, respectively,
Voltage detecting means for detecting a DC voltage of the DC voltage source;
Among the first to third voltage commands for the first phase to the third phase, voltage command generating means for generating two voltage commands having the same amplitude and the electrical phase angle shifted by 180 degrees;
First voltage command correcting means for correcting the amplitude of the first to third voltage commands according to the voltage detection value by the voltage detecting means;
Among the first to third semiconductor switch series circuits, the semiconductor switch constituting one semiconductor switch series circuit is repeatedly turned on and off, and at least one of the four semiconductor switches constituting the remaining two semiconductor switch series circuits. Second voltage command correction means for correcting the first to third voltage commands whose amplitude has been corrected by the first voltage command correction means so that the switch is kept in an on state;
A power conversion device comprising:
請求項1に記載した電力変換装置において、
第2の電圧指令補正手段は、
第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令のうちオン状態を保持させる半導体スイッチを有する相の電圧指令が、前記1つの半導体スイッチ直列回路を構成する半導体スイッチのオンオフ信号を生成するためのキャリア三角波の最大値または最小値と等しくなるような補正信号を演算し、この補正信号を、第1の電圧指令補正手段により振幅補正された第1〜第3の電圧指令のすべてにそれぞれ加算する手段を有することを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1,
The second voltage command correcting means is
Of the first to third voltage commands whose amplitude has been corrected by the first voltage command correcting means, the voltage command of the phase having the semiconductor switch for holding the ON state is the one of the semiconductor switches constituting the one semiconductor switch series circuit. A correction signal that is equal to the maximum value or the minimum value of the carrier triangular wave for generating the on / off signal is calculated, and the first to third voltages are amplitude-corrected by the first voltage command correction means. power conversion apparatus characterized by have a means for adding all of the command, respectively.
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