JP2019140858A - Serial multiple inverter device and control method therefor - Google Patents

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Abstract

To provide a serial multiple inverter device, outputting a single-phase voltage of a high frequency, capable of making loss generated by each unit and/or each switching element.SOLUTION: A comparison is made between a voltage command value Vref and two types of gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b for taking a constant value at least during a half period of the voltage command value Vref for each of a first and a second units 11, 12 to generate a gate signal of a switching element. As all the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b in the first and the second units 11, 12, different values from each other are taken and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b are periodically switched so that loss of each of the units and the switching elements are uniform.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、単相インバータのユニットを2台以上直列に接続した、高周波数の単相電圧を出力する直列多重インバータ装置に係り、特に、損失による熱責務を各ユニット・各スイッチング素子で均等化する技術に関する。   The present invention relates to a series multiple inverter device that outputs two or more single-phase inverter units in series and outputs a high-frequency single-phase voltage. In particular, the thermal duty due to loss is equalized by each unit and each switching element. Related to technology.

誘導加熱用などに用いられる、出力周波数が1kHz以上の単相電圧を出力する高周波インバータ装置では、図13に示すように単相インバータを直列多重接続する構成をとることがある。   In a high-frequency inverter device that outputs a single-phase voltage with an output frequency of 1 kHz or more, which is used for induction heating or the like, there may be a configuration in which single-phase inverters are connected in series as shown in FIG.

特許文献1には、単相インバータのユニット2台を直列接続し、三相インバータの1相を構成した直列多重インバータ装置の例が開示されている。図13に単相インバータのユニット2台を直列接続した直列多重インバータ装置の構成を示す。   Patent Document 1 discloses an example of a serial multiple inverter device in which two units of a single-phase inverter are connected in series to constitute one phase of a three-phase inverter. FIG. 13 shows the configuration of a series multiple inverter device in which two units of a single-phase inverter are connected in series.

このような直列多重インバータ装置の各スイッチング素子のゲート信号(オンオフ信号)を得る方法として、特許文献1の図4には、同じ位相、異なるオフセットを有する複数のキャリア三角波と電圧指令値とを比較する方法が開示されている。   As a method for obtaining a gate signal (on / off signal) of each switching element of such a serial multiple inverter device, FIG. 4 of Patent Document 1 compares a plurality of carrier triangular waves having the same phase and different offsets with voltage command values. A method is disclosed.

また、図14に示すように、電圧指令値Vrefをキャリア三角波ではなく、固定のゲート閾値と比較しゲート信号を得る方法もある。図14の例では、固定のゲート閾値Vth1a、Vth1b、Vth2a、Vth2bとゲート信号GU1、GX1、GV1、GY1、GU2、GX2、GV2、GY2(すなわち、スイッチング素子のオンオフ状態)の関係を以下のように割り当てている。   As shown in FIG. 14, there is also a method of obtaining a gate signal by comparing the voltage command value Vref with a fixed gate threshold instead of a carrier triangular wave. In the example of FIG. 14, the relationship between the fixed gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b and the gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, GY2 (that is, the on / off state of the switching element) is as follows. Assigned to.

・Vref>Vth1aならばスイッチング素子U1をON、スイッチング素子X1をOFF、Vref<Vth1aならばスイッチング素子U1をOFF、スイッチング素子X1をON。   If Vref> Vth1a, switching element U1 is turned on, switching element X1 is turned off. If Vref <Vth1a, switching element U1 is turned off, and switching element X1 is turned on.

・Vref>Vth2aならばスイッチング素子U2をON、スイッチング素子X2をOFF、Vref<Vth2aならばスイッチング素子U2をOFF、スイッチング素子X2をON。   If Vref> Vth2a, switching element U2 is turned on, switching element X2 is turned off. If Vref <Vth2a, switching element U2 is turned off, and switching element X2 is turned on.

・Vref>Vth2bならばスイッチング素子Y2をON、スイッチング素子V2をOFF、Vref<Vth2bならばスイッチング素子Y2をOFF、スイッチング素子V2をON。   If Vref> Vth2b, switching element Y2 is turned on, switching element V2 is turned off, and if Vref <Vth2b, switching element Y2 is turned off, and switching element V2 is turned on.

・Vref>Vth1bならばスイッチング素子Y1をON、スイッチング素子V1をOFF、Vref<Vth1bならばスイッチング素子Y1をOFF、スイッチング素子V1をON。   If Vref> Vth1b, switching element Y1 is turned on, switching element V1 is turned off, and if Vref <Vth1b, switching element Y1 is turned off, and switching element V1 is turned on.

なお、各ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bと電圧指令値Vrefが同値の場合は、2つのスイッチング素子のうちどちらをONとし、どちらをOFFとしても良い。   In addition, when each gate threshold value Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b and the voltage command value Vref are the same value, which of the two switching elements may be turned on and which may be turned off.

この動作により、第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1、Vo2、合計出力電圧Voとして図14の波形が得られる。図14は単相インバータの第1,第2ユニット11,12を2台直列接続した構成であるが、単相インバータのユニットを複数多重接続し、ゲート閾値も複数用意すれば正弦波に近い合計出力電圧Voが得られる。   By this operation, the waveforms of FIG. 14 are obtained as the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12 and the total output voltage Vo. FIG. 14 shows a configuration in which two first and second units 11 and 12 of a single-phase inverter are connected in series. If a plurality of single-phase inverter units are connected in multiple and a plurality of gate thresholds are prepared, the total is close to a sine wave An output voltage Vo is obtained.

また、各スイッチング素子は出力電圧の基本波1周期に対して最大1回のスイッチングとなるため、キャリア三角波を用いる方式よりもスイッチング損失を低減できる。この方式は出力電圧の基本波1周期に対するスイッチング回数が少なくてよいため、出力電圧の周波数が高い高周波インバータ装置に適した方式である。   In addition, since each switching element performs switching once at maximum for one period of the fundamental wave of the output voltage, switching loss can be reduced as compared with a method using a carrier triangular wave. This method is suitable for a high-frequency inverter device having a high output voltage frequency because the number of times of switching for one period of the fundamental wave of the output voltage may be small.

しかし、図14や特許文献1の図4に示されるゲート信号生成方法では各インバータユニットで発生する損失が大きくばらつく問題点がある。例えば、図14において、各ユニットの出力電流Ioが電圧指令値Vrefと同位相で力率1の場合を考える。このとき、スイッチング素子U1のターンOFF電流は常にスイッチング素子U2のターンOFF電流よりも大きくなる。他のスイッチング素子についても同様であり、第1ユニット11で発生するスイッチング損失は第2ユニット12で発生するスイッチング損失よりも大きくなる。   However, the gate signal generation method shown in FIG. 14 and FIG. 4 of Patent Document 1 has a problem that the loss generated in each inverter unit varies greatly. For example, consider the case in FIG. 14 where the output current Io of each unit is in phase with the voltage command value Vref and has a power factor of 1. At this time, the turn-off current of the switching element U1 is always larger than the turn-off current of the switching element U2. The same applies to other switching elements, and the switching loss generated in the first unit 11 is larger than the switching loss generated in the second unit 12.

また、他例として、図15では電圧指令値Vrefの振幅が図14の振幅よりも小さく、電圧指令値Vrefの絶対値は固定のゲート閾値Vth1a、Vth1bの絶対値よりも小さい。このとき、スイッチング素子X1とスイッチング素子Y1は常時ONとなり導通損のみが発生する。スイッチング素子U1とスイッチング素子V1は常時OFFであり損失は零である。   As another example, in FIG. 15, the amplitude of the voltage command value Vref is smaller than the amplitude of FIG. 14, and the absolute value of the voltage command value Vref is smaller than the absolute values of the fixed gate threshold values Vth1a and Vth1b. At this time, the switching element X1 and the switching element Y1 are always ON and only conduction loss occurs. Switching element U1 and switching element V1 are always OFF, and the loss is zero.

スイッチング素子U2,V2,X2,Y2は導通損とスイッチング損の両方が発生する。ただし、出力電圧Vo2が零の期間は必ずスイッチング素子X2,Y2がONするため、スイッチング素子X2、Y2がONの時間はスイッチング素子U2、V2がONの時間よりも長くなり、スイッチング素子X2、Y2で発生する導通損もスイッチング素子U2、V2より大きくなる。   The switching elements U2, V2, X2, and Y2 generate both conduction loss and switching loss. However, since the switching elements X2 and Y2 are always turned on while the output voltage Vo2 is zero, the switching elements X2 and Y2 are on longer than the switching elements U2 and V2 are on, and the switching elements X2 and Y2 are on. The conduction loss generated in the above is also larger than that of the switching elements U2 and V2.

このように、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失にばらつきがある場合、損失が最大となるユニット・スイッチング素子に合わせて冷却設計を行うと損失の小さなユニットに対しては設計が過剰となり、コストや装置容積が増加してしまう。また、ユニットごとに冷却設計を変更すると設計に時間がかかり、ユニットの量産効果が出ずコストが増加し、装置の組み立ても複雑になるといった問題が生じる。   In this way, when there is variation in the loss generated in each unit and each switching element, if cooling design is performed according to the unit switching element that maximizes the loss, the design becomes excessive for the unit with small loss, Cost and device volume increase. Further, if the cooling design is changed for each unit, the design takes time, and there is a problem that the mass production effect of the unit does not appear, the cost increases, and the assembly of the apparatus becomes complicated.

さらに、出力電圧振幅の変動が頻繁に生じる場合、スイッチング素子U1、V1においては損失が発生する期間と発生しない期間が交互に発生し、温度変化が大きくなる。その結果、スイッチング素子やユニットに熱疲労が起こり、装置の寿命が短くなってしまう。   Further, when the fluctuation of the output voltage amplitude frequently occurs, in the switching elements U1 and V1, the period in which the loss occurs and the period in which the loss does not occur alternately occur, and the temperature change increases. As a result, thermal fatigue occurs in the switching elements and units, and the life of the device is shortened.

各ユニット、各スイッチング素子の熱責務を均等化する手段としては、定期的にゲート信号を入れ替える方法が考えられる。ゲート信号を入れ替える方法の一例として、特許文献1が開示されている。   As a means for equalizing the thermal duty of each unit and each switching element, a method of periodically exchanging gate signals can be considered. Patent Document 1 is disclosed as an example of a method for exchanging gate signals.

特開2000−324845号公報JP 2000-324845 A

特許文献1の方式では、条件によっては各ユニット、各スイッチング素子の熱責務を完全に均等化できないという問題がある。その例を図16、図17に示す。   In the method of Patent Document 1, there is a problem that the thermal duty of each unit and each switching element cannot be completely equalized depending on conditions. Examples thereof are shown in FIGS.

図16は特許文献1の請求項3に従い、電圧指令値Vrefからゲート信号を生成した結果である。第1ユニット11の出力電圧Vo1が零となる場合はスイッチング素子X1、Y1がONになる区間とスイッチング素子U1、V1がOFFになる区間が混在するため、各スイッチング素子がONになる時間は等しくなり導通損の責務分担は改善される。   FIG. 16 shows the result of generating a gate signal from the voltage command value Vref according to claim 3 of Patent Document 1. When the output voltage Vo1 of the first unit 11 is zero, there are a period in which the switching elements X1 and Y1 are turned ON and a period in which the switching elements U1 and V1 are turned OFF. As a result, the responsibility sharing of continuity loss is improved.

ここで、出力電流Ioの位相が図16のように電圧指令値Vrefの位相に対して少し遅れている場合を考える。このときスイッチング素子V1のターンON電流はプラスであるためスイッチング損失が発生する。しかし、スイッチング素子U1のターンON電流はマイナスとなりターンONによるスイッチング損失は発生しない。   Here, consider a case where the phase of the output current Io is slightly delayed from the phase of the voltage command value Vref as shown in FIG. At this time, since the turn-on current of the switching element V1 is positive, a switching loss occurs. However, the turn-on current of the switching element U1 is negative and no switching loss occurs due to the turn-on.

また、第2ユニット12ではスイッチング素子U2のターンOFF電流はプラス、スイッチング素子V2のターンOFF電流はほぼ零であり、ターンOFFのスイッチング損失はスイッチング素子U2の方が大きくなる。このように、同一ユニット内で各スイッチング素子に発生するスイッチング損失にばらつきが生じる。   In the second unit 12, the turn-off current of the switching element U2 is positive, the turn-off current of the switching element V2 is almost zero, and the switching loss of the turn-off is larger in the switching element U2. As described above, the switching loss generated in each switching element in the same unit varies.

また、第1ユニット11の出力電圧Vo1、第2ユニット12の出力電圧Vo2それぞれがマイナスの時に流れる出力電流Ioを確認すると、第1ユニット11については黒色で示した箇所、第2ユニット12については斜線で示した箇所となる。第1ユニット11では一部電流がプラスであり、無効電力が発生している。有効電力は網掛けした箇所に該当する。   Further, when the output current Io flowing when the output voltage Vo1 of the first unit 11 and the output voltage Vo2 of the second unit 12 are negative is confirmed, the portion shown in black for the first unit 11 and the second unit 12 for the second unit 12 The location is indicated by hatching. In the first unit 11, a part of the current is positive and reactive power is generated. The active power corresponds to the shaded area.

しかし、第2ユニット12の場合、斜線部はすべて有効電力である。これは、第1ユニット11と第2ユニット12で有効電力の責務が異なることを示している。例えば、直流電源としてダイオード整流器を使用する場合は整流器で発生する導通損がばらついてしまう。出力電流の位相によっては一部ユニットで有効電力が回生する場合もあり、ダイオード整流器では回生した有効電力の行き先がなく各ユニットの直流電圧が上昇しスイッチング素子が過電圧で破損する恐れがある。   However, in the case of the second unit 12, all shaded portions are active power. This indicates that the duty of the active power is different between the first unit 11 and the second unit 12. For example, when a diode rectifier is used as the DC power supply, the conduction loss generated by the rectifier varies. Depending on the phase of the output current, the active power may be regenerated in some units, and in the diode rectifier, there is no destination for the regenerated active power, and the DC voltage of each unit may rise and the switching element may be damaged by overvoltage.

また、他例として、図17は図16よりも小さい振幅の電圧指令値Vrefからゲート信号を生成した結果である。このとき、第1ユニット11ではスイッチング素子X1、V1のON時間がスイッチング素子U1、Y1のON時間に比べ短い。そのためスイッチング素子X1とスイッチング素子V1の導通損は小さくなり、熱責務のばらつきが生じる。   As another example, FIG. 17 shows a result of generating a gate signal from a voltage command value Vref having an amplitude smaller than that in FIG. At this time, in the first unit 11, the ON time of the switching elements X1 and V1 is shorter than the ON time of the switching elements U1 and Y1. As a result, the conduction loss between the switching element X1 and the switching element V1 is reduced, resulting in variations in thermal duties.

さらに、第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1、Vo2は、図17に示すように、プラス側を出力する期間の幅とマイナス側を出力する期間の幅が一致していない。すなわち、第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1、Vo2には直流のオフセットが重畳している。   Further, as shown in FIG. 17, the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12 do not match the width of the period for outputting the plus side and the width of the period for outputting the minus side. That is, a DC offset is superimposed on the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12.

例えば、図18に示すように、第1,第2ユニット11,12の直流電源13を共通とし、交流出力側を個別のトランスTr1,Tr2で絶縁して多重化する場合、図17のような出力電圧Vo1、Vo2を各トランスTr1,Tr2に印加するとトランスTr1,Tr2が偏磁し、出力電圧の大幅な減少、インバータ出力電流の急増によるスイッチング素子の破損、といった問題が生じてしまう。よって、図17のゲート信号は図18のようなトランスTr1,Tr2を持つ直列多重インバータ装置には適さない。   For example, as shown in FIG. 18, when the DC power supply 13 of the first and second units 11 and 12 is shared and the AC output side is insulated and multiplexed by individual transformers Tr1 and Tr2, as shown in FIG. When the output voltages Vo1 and Vo2 are applied to the transformers Tr1 and Tr2, the transformers Tr1 and Tr2 are demagnetized, causing problems such as a significant decrease in the output voltage and breakage of the switching element due to a sudden increase in the inverter output current. Therefore, the gate signal of FIG. 17 is not suitable for the serial multiple inverter device having the transformers Tr1 and Tr2 as shown in FIG.

以上示したようなことから、直列多重インバータ装置において、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることが課題となる。   As described above, in the serial multiple inverter device, it becomes a problem to make the loss generated in each unit and each switching element uniform.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、複数の単相インバータのユニットを直列接続して構成され、出力周波数1kHz以上の単相電圧を出力する直列多重インバータ装置であって、前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の半周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値とを比較して、スイッチング素子のゲート信号を生成するパルス幅変調回路を備え、前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、前記ゲート閾値を周期的に切り換え、前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a series in which units of a plurality of single-phase inverters are connected in series to output a single-phase voltage having an output frequency of 1 kHz or more. In the multiple inverter device, for each unit, the voltage command value is compared with two kinds of gate threshold values that take a constant value for at least a half cycle of the voltage command value, and the gate signal of the switching element is obtained. A pulse width modulation circuit for generating, wherein the gate thresholds all take different values, the gate thresholds are periodically switched, and the switching period of the gate thresholds is an integral multiple of the period of the voltage command value. To do.

また、その一態様として、前記電圧指令値のプラス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り換えることを特徴とする。   As one aspect thereof, the gate threshold value is switched at the time of a positive peak of the voltage command value.

また、その一態様として、前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットとを備え、前記第1ユニットのゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第2ユニットのゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表1に示す大小関係となることを特徴とする。   Also, as one aspect thereof, the single-phase inverter includes a first unit and a second unit, and the gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are equal in value and opposite in sign, The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit are values having the same absolute value and opposite signs, and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have the magnitude relationship shown in Table 1 below. Features.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
また、他の態様として、前記電圧指令値のマイナス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り換えることを特徴とする。
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle. Another aspect is characterized in that the gate threshold is switched at the negative peak of the voltage command value.

また、その一態様として、前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットとを備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表2に示す大小関係となることを特徴とする。   Also, as one aspect thereof, the single-phase inverter includes a first unit and a second unit, and the gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are equal in value and opposite in sign. The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have the same absolute value and opposite signs, and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have the magnitude relationship shown in Table 2 below. It is characterized by that.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
また、他の態様として、前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、切り換え前後の前記ゲート閾値が共にプラスとなるパターンの場合、前記出力電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、上記以外の前記ゲート閾値を切り換えるパターンの場合、前記電圧指令値のプラス側ピーク時としたことを特徴とする。
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle In another aspect, the gate threshold switching timing is the output when the gate threshold before and after switching is a positive pattern. In the case of a pattern in which the gate threshold value other than the above is switched when the voltage command value is on the negative side peak, the voltage command value is on the positive side peak.

また、その一態様として、前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットを備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vtb2a,Vth2bは、以下の表3の大小関係となることを特徴とする。    Further, as one aspect thereof, the single-phase inverter includes a first unit and a second unit, and the gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit have values opposite to each other, and the second unit The gate threshold values Vth2a and Vth2b have opposite signs, and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vtb2a, and Vth2b have the magnitude relationship shown in Table 3 below.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
また、他の態様として、前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、切り換え前の前記ゲート閾値がマイナス、かつ、最も0に近いマイナスのゲート閾値以外であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とし、切り換え前の前記ゲート閾値がプラスの値であれば、前記電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、切り換え前の前記ゲート閾値が、最も0に近いマイナスのゲート閾値であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とする場合とマイナス側ピークとする場合が混在することを特徴とする。
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle As another aspect, the gate threshold switching timing is such that the gate threshold before switching is negative and is closest to zero. If it is other than the gate threshold, the voltage command value is at the positive peak, and if the gate threshold before switching is a positive value, the voltage command value is at the negative peak, and the gate threshold before switching is If the negative gate threshold value is closest to 0, the case where the voltage command value is at the positive peak and the negative peak are mixed.

また、その一態様として、前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表4に示す大小関係となることを特徴とする。    Further, as one aspect thereof, the single-phase inverter includes a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit, and the gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit have opposite signs. The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs, and the gate threshold values Vth3a and Vth3b of the third unit have opposite signs. The gate thresholds Vth4a and Vth4b of the fourth unit have opposite signs, and the gate thresholds Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b are shown in Table 4 below. It is characterized by large and small relationships.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
また、他の態様として、前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、切り換え前の前記ゲート閾値がプラスで、かつ、最も0に近いプラスのゲート閾値以外であれば、前記電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、切り換え前の前記ゲート閾値がマイナスの値であれば、電圧指令値のプラス側ピーク時とし、切り換え前のゲート閾値が、最も0に近いプラスのゲート閾値であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とする場合とマイナス側ピーク時とする場合が混在していることを特徴とする。
p: a value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle As another aspect, the gate threshold switching timing is positive when the gate threshold before switching is positive and closest to 0. If the gate threshold value is other than the gate threshold, the voltage command value is at the negative peak, and if the gate threshold before switching is a negative value, the voltage command value is at the positive peak, and the gate threshold before switching is When the positive gate threshold value is closest to 0, the voltage command value has a positive peak time and a negative peak time.

また、その一態様として、前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを備え、前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a、Vth2b,Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表5に示す大小関係となることを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the single-phase inverter includes a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit, and the gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit have opposite signs. The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs, and the gate threshold values Vth3a and Vth3b of the third unit have opposite signs. The gate threshold values Vth4a and Vth4b of the fourth unit are opposite in sign, and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b are shown in Table 5 below. It is characterized by large and small relationships.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
また、その一態様として、前記各ユニットの前記ゲート閾値にキャリア三角波を重畳させることを特徴とする。
p: A value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle. Further, as one aspect thereof, a carrier triangular wave is superimposed on the gate threshold of each unit.

本発明によれば、直列多重インバータ装置において、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることが可能となる。   According to the present invention, in the serial multiple inverter device, it is possible to make the loss generated in each unit and each switching element uniform.

実施形態1におけるパルス幅変調回路を示すブロック図。1 is a block diagram showing a pulse width modulation circuit in Embodiment 1. FIG. 実施形態1におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。3 is a time chart illustrating an example of a gate threshold and each waveform in the first embodiment. 実施形態1におけるゲート閾値および各波形の他例を示すタイムチャート。4 is a time chart showing another example of the gate threshold and each waveform in the first embodiment. 電圧指令値の振幅が小さい時に、実施形態1を適用した場合の各波形を示すタイムチャート。The time chart which shows each waveform at the time of applying Embodiment 1 when the amplitude of a voltage command value is small. 実施形態2におけるゲート閾値および各波形を示すタイムチャート。10 is a time chart showing a gate threshold and each waveform in the second embodiment. 電圧指令値の振幅が小さい時に、実施形態2を適用した場合の各波形を示すタイムチャート。The time chart which shows each waveform at the time of applying Embodiment 2 when the amplitude of a voltage command value is small. 実施形態3における直列多重インバータ装置を示す回路構成図。The circuit block diagram which shows the serial multiple inverter apparatus in Embodiment 3. FIG. 実施形態3におけるパルス幅変調回路を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram illustrating a pulse width modulation circuit according to a third embodiment. 実施形態3におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。10 is a time chart showing an example of a gate threshold and each waveform in Embodiment 3. 実施形態3におけるゲート閾値および各波形の他例を示すタイムチャート。10 is a time chart showing another example of the gate threshold and each waveform in the third embodiment. 実施形態4におけるパルス幅変調回路を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram illustrating a pulse width modulation circuit according to a fourth embodiment. 実施形態4におけるキャリア三角波と電圧指令値を示すタイムチャート。The time chart which shows the carrier triangular wave and voltage command value in Embodiment 4. 直列多重インバータ装置を示す回路構成図。The circuit block diagram which shows a serial multiple inverter apparatus. 従来技術におけるゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the gate threshold value and each waveform in a prior art. 従来技術において電圧指令値の振幅が小さい時のゲート閾値および各波形の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of a gate threshold value and each waveform when the amplitude of a voltage command value is small in a prior art. 従来技術におけるゲート閾値および各波形を示すタイムチャート。The time chart which shows the gate threshold value and each waveform in a prior art. 従来技術において電圧指令値の振幅が小さい時のゲート閾値および各波形を示すタイムチャート。The time chart which shows a gate threshold value and each waveform when the amplitude of a voltage command value is small in a prior art. 各ユニットをトランスで絶縁して多重化した構成の直列多重インバータ装置を示す回路構成図。The circuit block diagram which shows the serial multiple inverter apparatus of the structure which insulated and multiplexed each unit with the transformer.

以下、本願発明における直列多重インバータ装置の実施形態1〜4を図1〜図13に基づいて詳述する。   Hereinafter, Embodiments 1 to 4 of the serial multiple inverter device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
本実施形態1は、図13に示す直列多重インバータ装置を例として、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にする方法を説明する。まず、図13に示す直列多重インバータ装置の構成について説明する。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a method for making the loss generated in each unit and each switching element uniform will be described using the series multiple inverter device shown in FIG. 13 as an example. First, the configuration of the series multiple inverter device shown in FIG. 13 will be described.

図13に示すように、本実施形態1における直列多重インバータ装置は、2つの第1ユニット11と第2ユニット12を備える。第1ユニット11はスイッチング素子U1,V1,X1,Y1がブリッジ接続され、第2ユニット12はスイッチング素子U2,V2,X2,Y2がブリッジ接続される。   As shown in FIG. 13, the series multiple inverter device according to the first embodiment includes two first units 11 and second units 12. In the first unit 11, switching elements U1, V1, X1, and Y1 are bridge-connected, and in the second unit 12, switching elements U2, V2, X2, and Y2 are bridge-connected.

第1ユニット11のスイッチング素子V1,Y1の共通接続点と第2ユニット12のスイッチング素子U2,X2の共通接続点が接続される。このように、各ユニットは単相インバータの構成をとっている。   The common connection point of the switching elements V1, Y1 of the first unit 11 and the common connection point of the switching elements U2, X2 of the second unit 12 are connected. Thus, each unit has a single-phase inverter configuration.

スイッチング素子U1,X1の共通接続点とスイッチング素子V1,Y1の共通接続点との間を第1ユニット11の出力電圧Vo1とし、スイッチング素子U2,X2の共通接続点とスイッチング素子V2,Y2の共通接続点との間を第2ユニット12の出力電圧Vo2とする。また、第1ユニット11のスイッチング素子U1,X1の共通接続点と、第2ユニット12のスイッチング素子V2,Y2の共通接続点との間を合計出力電圧Voとする。   The output voltage Vo1 of the first unit 11 is between the common connection point of the switching elements U1 and X1 and the common connection point of the switching elements V1 and Y1, and the common connection point of the switching elements U2 and X2 is common to the switching elements V2 and Y2. The output voltage Vo2 of the second unit 12 is between the connection points. Further, a total output voltage Vo is defined between the common connection point of the switching elements U1 and X1 of the first unit 11 and the common connection point of the switching elements V2 and Y2 of the second unit 12.

図1に実施形態1のパルス幅変調回路のブロック図を示す。 入力信号pは、ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に増加する信号である。入力信号pは、図2に示す波形の横軸(時間軸)に対応する。   FIG. 1 shows a block diagram of a pulse width modulation circuit according to the first embodiment. The input signal p is a signal that gradually increases from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle. The input signal p corresponds to the horizontal axis (time axis) of the waveform shown in FIG.

テーブル2は、入力信号pを入力し、予め保存された入力信号pに対応したゲート閾値Vth1aを参照し、出力する。   The table 2 inputs the input signal p, refers to the gate threshold value Vth1a corresponding to the input signal p stored in advance, and outputs it.

加算器1a,1b,1cは、入力信号pに固定のオフセット値1/2,1/4,3/4をそれぞれ加算する。テーブル2は、入力信号p+1/2,p+1/4,p+3/4を入力し、入力信号p+1/2,p+1/4,p+3/4の小数点以下の数値を参照し、対応したゲート閾値Vth1b,Vth2a,Vth2bを出力する。テーブル2自体はゲート閾値Vth1aを算出するテーブル2と同一であり、入力信号のみがp,p+1/2,p+1/4,p+3/4と異なる。   The adders 1a, 1b, and 1c add fixed offset values 1/2, 1/4, and 3/4 to the input signal p, respectively. Table 2 receives input signals p + 1/2, p + 1/4, and p + 3/4, refers to numerical values after the decimal point of the input signals p + 1/2, p + 1/4, and p + 3/4, and corresponding gate threshold values Vth1b and Vth2a. , Vth2b is output. The table 2 itself is the same as the table 2 for calculating the gate threshold Vth1a, and only the input signal is different from p, p + 1/2, p + 1/4, and p + 3/4.

Vth1a,Vth1bは第1ユニット11用のゲート閾値である。Vth2a,Vth2bは第2ユニット12用のゲート閾値である。   Vth1a and Vth1b are gate thresholds for the first unit 11. Vth2a and Vth2b are gate thresholds for the second unit 12.

電圧指令値Vrefは予め振幅・周波数の決められた正弦波などが与えられる場合や、出力電圧や出力電流を指令値通りにするフィードバック制御によって得られる場合がある。   The voltage command value Vref may be obtained when a sine wave having a predetermined amplitude and frequency is given, or may be obtained by feedback control in which the output voltage and output current are in accordance with the command value.

減算器3a〜3dは、電圧指令値Vrefとゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bとの差をそれぞれ演算する。   The subtractors 3a to 3d calculate differences between the voltage command value Vref and the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b, respectively.

比較器4a〜4dは、減算器3a〜3dの演算結果を入力し、0と比較する。ただし、比較器4a,4cと比較器4b,4dとで大小関係が異なる。   The comparators 4a to 4d receive the calculation results of the subtractors 3a to 3d and compare them with 0. However, the magnitude relationship is different between the comparators 4a and 4c and the comparators 4b and 4d.

比較器4aは、減算器3aの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth1aのとき1を出力し、Vref≦Vth1aのとき0を出力する。比較器4bは、減算器3bの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth1bのとき1を出力し、Vref≧Vth1bのとき0を出力する。比較器4cは、減算器3cの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth2aのとき1を出力し、Vref≦Vth2aのとき0を出力する。比較器4dは、減算器3dの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth2bのとき1を出力し、Vref≧Vth2bのとき0を出力する。   The comparator 4a outputs 1 when the operation result of the subtractor 3a is larger than 0, that is, when Vref> Vth1a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth1a. The comparator 4b outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3b is smaller than 0, that is, when Vref <Vth1b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth1b. The comparator 4c outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3c is larger than 0, that is, when Vref> Vth2a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth2a. The comparator 4d outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3d is smaller than 0, that is, when Vref <Vth2b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth2b.

デッドタイム処理器5a〜5dは、比較器4a〜4dの出力を入力とし、デッドタイムを付加してゲート信号GU1,GX1,GV1,GY1,GU2,GX2,GV2,GY2を生成する。なお、GU1、GX1、GV1、GY1、GU2、GX2、GV2、GY2は、図13のスイッチング素子U1、X1、V1、Y1、U2、X2、V2、Y2のゲート信号である。   The dead time processors 5a to 5d receive the outputs of the comparators 4a to 4d as input, and add dead time to generate gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, and GY2. Note that GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, and GY2 are gate signals of the switching elements U1, X1, V1, Y1, U2, X2, V2, and Y2 in FIG.

本実施形態1におけるテーブルの内容を図2,図3に示す。図2,図3では、横軸を入力信号p,縦軸を出力するゲート閾値Vthとしている。入力信号pに対応するゲート閾値Vth1aを太い実線で、入力信号p+0.5に対応するゲート閾値Vth1bを破線で示している。同様に、入力信号p十0.25に対応するゲート閾値Vth2aを太い実線で、入力信号p+0.75に対応するゲート閾値Vth2bを破線で示している。   The contents of the table in the first embodiment are shown in FIGS. 2 and 3, the horizontal axis represents the input signal p, and the vertical axis represents the gate threshold value Vth. The gate threshold value Vth1a corresponding to the input signal p is indicated by a thick solid line, and the gate threshold value Vth1b corresponding to the input signal p + 0.5 is indicated by a broken line. Similarly, the gate threshold value Vth2a corresponding to the input signal p + 0.25 is indicated by a thick solid line, and the gate threshold value Vth2b corresponding to the input signal p + 0.75 is indicated by a broken line.

図2,図3の波形では、0<p<1の範囲を示している。入力信号pが範囲外の場合でも、nが整数ならばゲート閾値Vthの波形はVth(n+p)=Vth(p)が成立する周期性のあるものである。   2 and 3 indicate a range of 0 <p <1. Even when the input signal p is out of the range, if n is an integer, the waveform of the gate threshold value Vth has a periodicity that satisfies Vth (n + p) = Vth (p).

図2,図3では、Vth1a=−Vth1b,Vth2a=−Vth2bの関係にある。   2 and 3, there is a relationship of Vth1a = −Vth1b and Vth2a = −Vth2b.

下記の表1は、図2において電圧指令値Vrefの周期と、各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 1 below shows the relationship between the period of the voltage command value Vref and the magnitude of each gate threshold in FIG.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

図2や表1からわかるように、各ゲート閾値は少なくとも電圧指令値Vrefの1周期の間一定の値をとっている。   As can be seen from FIG. 2 and Table 1, each gate threshold value takes a constant value for at least one cycle of the voltage command value Vref.

本実施形態1は、ゲート信号生成のために電圧指令値Vrefと比較するゲート閾値Vth1a、Vth1b、Vth2a、Vth2bを周期的に変化させることで、ゲート信号を他のユニットのものに切り替え、ユニットで生じる損失を均一にするものである。   In the first embodiment, the gate signals Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b to be compared with the voltage command value Vref for generating the gate signal are periodically changed to switch the gate signal to that of another unit. The resulting loss is made uniform.

図2に、本実施形態1によって得られる各スイッチング素子のゲート信号GU1、GX1、GV1、GY1、GU2、GX2、GV2、GY2、ユニットの出力電圧Vo1、Vo2を併せて示す。各ゲート信号が1のとき、対応するスイッチング素子がON状態となる。各ゲート信号が0のとき、対応するスイッチング素子がOFF状態となる。   FIG. 2 also shows the gate signals GU1, GX1, GV1, GY1, GU2, GX2, GV2, GY2, and the output voltages Vo1, Vo2 of the units obtained by the first embodiment. When each gate signal is 1, the corresponding switching element is turned on. When each gate signal is 0, the corresponding switching element is turned off.

導通損の責務均等化について説明する。図2ではゲート閾値Vth1aとゲート閾値Vth1bの大小関係が周期的に反転している。Vth1a>Vth1bである図2の両端ではスイッチング素子X1、Y1のON期間が長く、Vth1a<Vth1bである図2の中央(p=4/8)付近ではスイッチング素子U1、V1のON期間が長い。   Describe the equalization of duty of conduction loss. In FIG. 2, the magnitude relationship between the gate threshold value Vth1a and the gate threshold value Vth1b is periodically reversed. The ON periods of the switching elements X1 and Y1 are long at both ends of FIG. 2 where Vth1a> Vth1b, and the ON periods of the switching elements U1 and V1 are long near the center (p = 4/8) of FIG. 2 where Vth1a <Vth1b.

基本波8周期の平均では、すべてのスイッチング素子のON時間が等しくなり、これによりスイッチング素子で発生する導通損を揃えることができる。   In the average of eight periods of the fundamental wave, the ON times of all the switching elements are equal, thereby making it possible to align the conduction losses generated in the switching elements.

次にスイッチング損について説明する。スイッチング素子U1のターンONについて着目すると、出力電流Ioがピーク付近でのターンONが4回、ある程度小さくなったところでのターンONが2回、零付近でのターンONが2回である。   Next, switching loss will be described. When attention is paid to the turn-on of the switching element U1, the turn-on when the output current Io is near the peak is four times, the turn-on when the output current Io is reduced to some extent is two times, and the turn-on near zero is two times.

スイッチング素子Y2についても同様に確認すると、出力電流Ioがピーク付近でターンONが4回、ある程度小さくなったところでのターンONが2回、零付近でのターンONが2回であり、基本波8周期の間において、スイッチング素子U1とほぼ同じ大きさの電流をスイッチングしていることがわかる。これは、すべてのスイッチング素子について、またターンOFFについても同様である。   When the switching element Y2 is confirmed in the same manner, the turn-on is 4 times when the output current Io is near the peak, the turn-on is 2 when the output current Io is somewhat reduced, and the turn-on is near 2 when the output current Io is small. It can be seen that a current having the same magnitude as that of the switching element U1 is switched during the period. The same applies to all switching elements and also to turn-off.

出力電圧の基本波1周期の単位でスイッチングするスイッチング素子を入れ替えているため、特定のスイッチング素子が特定の位相でのみスイッチングすることを避けることができる。電圧指令値Vref、出力電流Ioの波形が変化しなければ、任意の電圧指令値Vref、出力電流Ioでスイッチング損失を揃えることができる。   Since switching elements that switch in units of one period of the fundamental wave of the output voltage are replaced, it is possible to avoid that a specific switching element switches only at a specific phase. If the waveforms of the voltage command value Vref and the output current Io do not change, the switching loss can be made uniform with the arbitrary voltage command value Vref and the output current Io.

本実施形態1では、図2に示すように、任意の8周期において各スイッチング素子で発生する損失は等しくなるが、特定の1周期のみ抽出すると各スイッチング素子の損失はばらつく。しかし、スイッチング素子や冷却機構にはある程度の熱容量があり、基本波1周期間での温度上昇のばらつきはこの熱容量で吸収されるためほとんど発生しない。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the loss generated in each switching element in any eight periods is equal, but if only one specific period is extracted, the loss of each switching element varies. However, the switching element and the cooling mechanism have a certain amount of heat capacity, and variations in temperature rise during one period of the fundamental wave are hardly generated because they are absorbed by this heat capacity.

ある程度長い周期におけるスイッチング素子での発生損失を均一にすれば、各スイッチング素子の温度上昇を揃えることができ、温度脈動も小さくすることができる。   If the loss generated in the switching elements in a certain long period is made uniform, the temperature rise of each switching element can be made uniform, and the temperature pulsation can also be reduced.

また、本実施形態1には各ユニットの有効電力責務を均等化する効果もある。出力電圧Vo1,Vo2を見ると狭いパルス幅(網掛け部)と広いパルス幅(黒色部)が2周期ごとに現れている。   The first embodiment also has the effect of equalizing the active power duties of each unit. When the output voltages Vo1 and Vo2 are viewed, a narrow pulse width (shaded portion) and a wide pulse width (black portion) appear every two cycles.

狭いパルス幅では合計出力電圧Voと出力電流Ioの極性が等しく、有効電力のみが出力されている。広いパルス幅では有効電力(黒色部)だけでなく無効電力(斜線部)も出力され、出力される有効電力は広いパルス幅の方が大きい。   In a narrow pulse width, the polarities of the total output voltage Vo and the output current Io are equal, and only active power is output. In the wide pulse width, not only the active power (black portion) but also the reactive power (shaded portion) is output, and the output effective power is larger in the wide pulse width.

このため、特定の1周期では有効電力責務はばらつく。しかし、電圧のパルス幅が周期的に切り替わるため、出力される電力も切り替わり、8周期の平均では各ユニットの有効電力責務を均等にすることができる。   For this reason, the active power duty varies in one specific cycle. However, since the pulse width of the voltage is periodically switched, the output power is also switched, and the active power duty of each unit can be made equal in an average of 8 periods.

通常、インバータではスイッチングサージ吸収や動作の安定化のため直流側にある程度の容量のコンデンサを接続する。そのため、短い周期の電力脈動であればコンデンサによって吸収できる。本実施形態1では、コンデンサでは吸収できない長い周期の電力脈動を抑制することができる。これにより、各ユニットに入力する直流電力の責務を均等にすることができる。   In general, in an inverter, a capacitor with a certain amount of capacitance is connected to the DC side in order to absorb switching surge and stabilize operation. Therefore, if the power pulsation has a short period, it can be absorbed by the capacitor. In the first embodiment, long-period power pulsations that cannot be absorbed by the capacitor can be suppressed. Thereby, the duty of the DC power input to each unit can be equalized.

本実施形態1は電圧指令値Vrefの8周期をゲート閾値の切替周期としているが、この周期は変更することができる。(ただし、ゲート閾値の切替周期は電圧指令値Vrefの周期の整数倍とする。)電圧指令値Vrefの周波数が高く、温度脈動が問題にならない場合やインバータに十分大きな容量の直流コンデンサを接続している場合はゲート閾値の切替周期を長くしてもよい。   In the first embodiment, eight cycles of the voltage command value Vref are used as the gate threshold switching cycle, but this cycle can be changed. (However, the switching period of the gate threshold is an integral multiple of the period of the voltage command value Vref.) When the frequency of the voltage command value Vref is high and temperature pulsation is not a problem, or a DC capacitor with a sufficiently large capacity is connected to the inverter. In such a case, the gate threshold switching cycle may be lengthened.

図4に電圧指令値Vrefの振幅が小さいときに、実施形態1を適用した場合を示す。図17とは異なり、出力電圧Vo1、Vo2に直流のオフセットは生じない。そのため、本実施形態1は図18のように第1,第2ユニット11,12をトランスTr1,Tr2で多重化した構成にも適用することができる。   FIG. 4 shows a case where the first embodiment is applied when the amplitude of the voltage command value Vref is small. Unlike FIG. 17, no direct current offset occurs in the output voltages Vo1 and Vo2. Therefore, the first embodiment can be applied to a configuration in which the first and second units 11 and 12 are multiplexed by the transformers Tr1 and Tr2 as shown in FIG.

さらに、本実施形態1では図18の構成におけるトランスTr1,Tr2の磁束密度が小さくなるという特長もある。図4の最下段に出力電圧Vo1の積分結果∫Vo1dtを示す。積分結果∫Vo1dtはプラス側とマイナス側に均等に振れ絶対値が小さい。積分結果∫Vo1dtはトランスTr1,Tr2の磁束密度に比例するため、トランスTr1,Tr2の磁束密度が小さくなることを示している。磁束密度が小さければ、トランスTr1,Tr2の鉄心断面積を小さくしてもトランスTr1,Tr2が偏磁しにくくなり、トランスTr1,Tr2のコスト・重量・体積を小さくすることができる。   Further, the first embodiment has a feature that the magnetic flux density of the transformers Tr1 and Tr2 in the configuration of FIG. 18 is reduced. The integration result ∫Vo1dt of the output voltage Vo1 is shown at the bottom of FIG. The integration result ∫Vo1dt swings equally between the plus side and the minus side and has a small absolute value. Since the integration result ∫Vo1dt is proportional to the magnetic flux density of the transformers Tr1 and Tr2, it indicates that the magnetic flux density of the transformers Tr1 and Tr2 is small. If the magnetic flux density is small, the transformers Tr1 and Tr2 are less likely to be demagnetized even if the core cross-sectional areas of the transformers Tr1 and Tr2 are reduced, and the cost, weight, and volume of the transformers Tr1 and Tr2 can be reduced.

図2、図4では、電圧指令値Vrefのプラス側ピーク時にゲート閾値を変化させている。電圧指令値Vrefのマイナス側ピーク時にゲート閾値を変化させてもよい。図3がその例である。   2 and 4, the gate threshold value is changed at the positive side peak of the voltage command value Vref. The gate threshold value may be changed at the negative peak of the voltage command value Vref. FIG. 3 is an example.

図3では、ゲート閾値Vth1a=−Vth1b、Vth2a=−Vth2bの関係にある。下記の表2は、図3において電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   In FIG. 3, the gate threshold values Vth1a = −Vth1b and Vth2a = −Vth2b. Table 2 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold value in FIG.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

以上示したように、本実施形態1によれば、 各ユニット、各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることができる。これにより装置の熱設計が容易になり、また負荷変動時に特定のユニットのみ温度が大きく変動するといった事態がなくなるため、スイッチング素子やユニットの熱疲労を抑制することができる。   As described above, according to the first embodiment, the loss generated in each unit and each switching element can be made uniform. As a result, the thermal design of the apparatus is facilitated, and the temperature of only a specific unit greatly fluctuates when the load fluctuates, so that thermal fatigue of the switching element and the unit can be suppressed.

これにより、インバータ装置を長寿命化できる。さらに、損失の均―化によって、損失の小さいユニットに対しての過剰設計がなくなり、インバータ装置の低コスト化、小型化を図ることが可能となる。   Thereby, the life of the inverter device can be extended. Furthermore, the loss leveling eliminates excessive design for low loss units, and it is possible to reduce the cost and size of the inverter device.

また、各ユニットの有効電力責務を均一にすることもできる。さらに、各ユニットの出力電圧Vo1,Vo2に直流オフセットを含まないため、図18のように直流電源13を共通化して第1,第2ユニット11,12の交流側出力にトランスTr1,Tr2を接続し多重化した構成において、トランスTr1,Tr2の偏磁を抑制し、トランスTr1,Tr2のコスト・重量を低減することができる。   Moreover, the active power duty of each unit can be made uniform. Further, since the output voltage Vo1 and Vo2 of each unit does not include a DC offset, the DC power supply 13 is shared as shown in FIG. 18 and the transformers Tr1 and Tr2 are connected to the AC side outputs of the first and second units 11 and 12. In the multiplexed configuration, the bias of the transformers Tr1 and Tr2 can be suppressed, and the cost and weight of the transformers Tr1 and Tr2 can be reduced.

[実施形態2]
図5に、本実施形態2によって得られる各スイッチング素子の状態、各ユニットの出力電圧Vo1、Vo2を示す。図2との違いは、ゲート閾値が変化するときの入力信号pに一部差があるのみである。
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows the state of each switching element and the output voltages Vo1 and Vo2 of each unit obtained by the second embodiment. The difference from FIG. 2 is only a partial difference in the input signal p when the gate threshold value changes.

本実施形態2は、実施形態1とはゲート閾値を変化させるタイミングが異なる。ゲート閾値の変化前・変化後の値が両方ともプラスの場合、電圧指令値Vrefのプラス側ピーク時ではなくマイナス側ピーク時でゲート閾値を変化させている。   The second embodiment is different from the first embodiment in timing for changing the gate threshold. When both of the values before and after the change of the gate threshold value are positive, the gate threshold value is changed not at the positive peak of the voltage command value Vref but at the negative peak.

それ以外の場合は、電圧指令値Vrefのプラス側ピーク時にゲート閾値を切り替えている。   In other cases, the gate threshold value is switched at the plus side peak of the voltage command value Vref.

以下の表3は、図5において電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 3 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold value in FIG.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

図5や表3からわかるように、各ゲート閾値は少なくとも電圧指令値Vrefの半周期の間一定の値をとっている。   As can be seen from FIG. 5 and Table 3, each gate threshold value takes a constant value for at least a half cycle of the voltage command value Vref.

実施形態1に比べて各スイッチング素子のスイッチングタイミングと第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1、Vo2は異なるが、合計出力電圧Voの波形は同じものが得られる。本実施形態2においても実施形態1と同様に各スイッチング素子、各ユニットで発生する損失の均等化、ユニット出力電力の均等化の効果が得られる。   Compared with the first embodiment, the switching timing of each switching element and the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12 are different, but the waveform of the total output voltage Vo is the same. Also in the second embodiment, the effects of equalizing the loss generated in each switching element and each unit and equalizing the unit output power can be obtained as in the first embodiment.

本実施形態2は、電圧指令値Vrefの振幅が小さいときに実施形態1よりもスイッチング損失を低減できる特徴がある。図6に電圧指令値Vrefの振幅が小さい場合の各スイッチング素子の状態、第1,第2ユニット11,12の出力電圧Vo1,Vo2を示す。実施形態1では、図4に示すようにゲート閾値Vthを変化させる時にゲート閾値と電圧指令値Vrefが交差してしまうことがある(例:A点)。   The second embodiment has a feature that switching loss can be reduced as compared with the first embodiment when the amplitude of the voltage command value Vref is small. FIG. 6 shows the state of each switching element when the amplitude of the voltage command value Vref is small, and the output voltages Vo1 and Vo2 of the first and second units 11 and 12. In the first embodiment, as shown in FIG. 4, when the gate threshold value Vth is changed, the gate threshold value and the voltage command value Vref may cross each other (eg, point A).

しかし、本実施形態2では図6に示すように、ゲート閾値の変化前・変化後の値が両方ともプラスの場合は電圧指令値Vrefがマイナス側ピーク時に変化させるため、ゲート閾値が変化するタイミングで電圧指令値Vrefとゲート閾値が交差しない。   However, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, when both the value before and after the change of the gate threshold is positive, the voltage command value Vref is changed at the negative peak, so the timing at which the gate threshold changes. Thus, the voltage command value Vref and the gate threshold do not intersect.

図6では図4に比べて各スイッチング素子のスイッチング回数が減少していることを確認できる。図4では10回、図6では8回である。スイッチング回数が減少すればスイッチング損失も下がるため、本実施形態2は実施形態1よりも効率を向上させることができる。   In FIG. 6, it can be confirmed that the switching frequency of each switching element is reduced as compared with FIG. 4 times in FIG. 4 and 8 times in FIG. Since the switching loss decreases as the number of times of switching decreases, the second embodiment can improve the efficiency compared to the first embodiment.

しかしながら、図18のような第1,第2ユニット11,12をトランスTr1,Tr2で多重化した構成の場合、本実施形態2は実施形態1よりもトランスTr1,Tr2が飽和しやすくなるという問題がある。図6の最下段に出力電圧Vo1の積分結果∫Vo1dtを示す。図4とは異なり積分結果∫Vo1dtはマイナス側にだけ振れ、絶対値が図4のものよりも大きくなっている。これは、トランスTr1,Tr2の磁束密度が2倍に増加することを示している。   However, in the case where the first and second units 11 and 12 are multiplexed by the transformers Tr1 and Tr2 as shown in FIG. 18, the problem that the transformers Tr1 and Tr2 are more saturated in the second embodiment than in the first embodiment. There is. 6 shows the integration result ∫Vo1dt of the output voltage Vo1. Unlike FIG. 4, the integration result ∫Vo1dt fluctuates only to the negative side, and the absolute value is larger than that of FIG. This indicates that the magnetic flux density of the transformers Tr1 and Tr2 increases twice.

トランスTr1,Tr2の偏磁を防ぐためには、実施形態1に比べてトランスTr1,Tr2の鉄心断面積を2倍にしなければならない。ただし、図13のようにトランスTr1,Tr2を使用せず、第1,第2ユニット11,12を直接多重接続する構成ならば、問題なく適用することができ、スイッチング損失の低減の効果を得られる。   In order to prevent the bias of the transformers Tr1 and Tr2, the core cross-sectional areas of the transformers Tr1 and Tr2 must be doubled compared to the first embodiment. However, if the configuration is such that the first and second units 11 and 12 are directly multiplex connected without using the transformers Tr1 and Tr2 as shown in FIG. 13, it can be applied without any problem, and the effect of reducing the switching loss can be obtained. It is done.

以上示したように、本実施形態2によれば、 実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、ゲート閾値の切り替えを行ってもスイッチング回数が増加しないため、実施形態1に比べてスイッチング損失を小さくすることができ、さらなる長寿命化を図ることができる。さらに、トランスTr1,Tr2を使用しない構成においては、インバータ装置の低コスト化、小型化を図ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, since the number of times of switching does not increase even when the gate threshold value is switched, the switching loss can be reduced as compared with the first embodiment, and the life can be further extended. Furthermore, in the configuration in which the transformers Tr1 and Tr2 are not used, the cost and size of the inverter device can be reduced.

[実施形態3]
図7に本実施形態3の1相あたりの主回路構成図を示す。本実施形態3は単相インバータの第1〜第4ユニット11〜14を4多重接続に拡張したものである。
[Embodiment 3]
FIG. 7 shows a main circuit configuration diagram for one phase of the third embodiment. In the third embodiment, the first to fourth units 11 to 14 of the single-phase inverter are expanded to four multiple connections.

図8に本実施形態3の制御ブロック図を示す。実施形態1と同様の箇所は同一符号を付してその説明を省略する。   FIG. 8 shows a control block diagram of the third embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

加算器1d,1e,1f,1gは、入力信号pに1/8,5/8,3/8,7/8をそれぞれ加算する。テーブル2は、入力信号p+1/8,p+5/8,p+3/8,p+7/8を入力し、入力信号p+1/8,p+5/8,p+3/8,p+7/8の小数点以下の数値を参照し、対応したゲート閾値Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bを出力する。   The adders 1d, 1e, 1f, and 1g add 1/8, 5/8, 3/8, and 7/8 to the input signal p, respectively. Table 2 inputs input signals p + 1/8, p + 5/8, p + 3/8, p + 7/8, and refers to the numerical values after the decimal point of input signals p + 1/8, p + 5/8, p + 3/8, p + 7/8. The corresponding gate threshold values Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b are output.

減算器3e〜3hは、電圧指令値Vrefとゲート閾値Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bとの差を演算する。比較器4e〜4hは、減算器3e〜3hの演算結果を入力し、0と比較する。ただし、比較器4e,4gと比較器4f,4hとで大小関係が異なる。   The subtractors 3e to 3h calculate the difference between the voltage command value Vref and the gate threshold values Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b. The comparators 4e to 4h receive the calculation results of the subtractors 3e to 3h and compare them with 0. However, the magnitude relationship is different between the comparators 4e and 4g and the comparators 4f and 4h.

比較器4eは、減算器3eの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth3aのとき1を出力し、Vref≦Vth3aのとき0を出力する。比較器4fは、減算器3fの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth3bのとき1を出力し、Vref≧Vth3bのとき0を出力する。比較器4gは、減算器3gの演算結果が0よりも大きいとき、すなわち、Vref>Vth4aのとき1を出力し、Vref≦Vth4aのとき0を出力する。比較器4hは、減算器3hの演算結果が0よりも小さいとき、すなわち、Vref<Vth4bのとき1を出力し、Vref≧Vth4bのとき0を出力する。   The comparator 4e outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3e is larger than 0, that is, when Vref> Vth3a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth3a. The comparator 4f outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3f is smaller than 0, that is, when Vref <Vth3b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth3b. The comparator 4g outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3g is larger than 0, that is, when Vref> Vth4a, and outputs 0 when Vref ≦ Vth4a. The comparator 4h outputs 1 when the calculation result of the subtractor 3h is smaller than 0, that is, when Vref <Vth4b, and outputs 0 when Vref ≧ Vth4b.

デッドタイム処理器5e〜5hは、比較器4e〜4hの出力を入力とし、デッドタイムを付加してゲート信号GU3,GX3,GV3,GY3,GU4,GX4,GV4,GY4を生成する。なお、GU3、GX3、GV3、GY3、GU4、GX4、GV4、GY4は、図7のスイッチング素子U3、X3、V3、Y3、U4、X4、V4、Y4のゲート信号である。   The dead time processing units 5e to 5h receive the outputs of the comparators 4e to 4h and add the dead time to generate gate signals GU3, GX3, GV3, GY3, GU4, GX4, GV4, and GY4. Note that GU3, GX3, GV3, GY3, GU4, GX4, GV4, and GY4 are gate signals of the switching elements U3, X3, V3, Y3, U4, X4, V4, and Y4 in FIG.

本実施形態3におけるテーブルの内容を図9,図10に示す。ユニットが4台に増加したため出力するゲート閾値Vthも8つの値をとる。これら8つの値を入力信号pに応じて周期的に切り替え、ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b,Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bとして出力する。   The contents of the table in the third embodiment are shown in FIGS. Since the number of units has increased to four, the gate threshold value Vth output takes eight values. These eight values are periodically switched according to the input signal p, and are output as gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, Vth4b.

図9,図10では、ゲート閾値Vth1a,Vth2a,Vth3a,Vth4aを実線,ゲート閾値Vth1b,Vth2b,Vth3b,Vth4bを破線で示している。   9 and 10, the gate threshold values Vth1a, Vth2a, Vth3a, and Vth4a are indicated by solid lines, and the gate threshold values Vth1b, Vth2b, Vth3b, and Vth4b are indicated by broken lines.

本実施形態3は、実施形態2を第1〜第4ユニット11〜14の4多重接続に拡張したものである。拡張する場合は電圧指令値Vrefと比較するゲート閾値の数が増加するため、それに併せてテーブルを図9,図10のように変更すれば対応することができる。   In the third embodiment, the second embodiment is expanded to a four-multiplex connection of the first to fourth units 11-14. In the case of expansion, since the number of gate thresholds to be compared with the voltage command value Vref increases, it can be coped with by changing the table as shown in FIGS.

本実施形態3は4多重接続のため、ゲート閾値は8個となる。図9、図10は8個のゲート閾値を周期的に変化させるテーブルの一例である。なお、図9,図10において、ゲート信号は、代表として第1ユニット11のゲート信号GU1、GX1、GV1、GY1のみを示している。   Since the third embodiment has four multiplex connections, the gate threshold value is eight. 9 and 10 are examples of tables for periodically changing the eight gate threshold values. In FIG. 9 and FIG. 10, only the gate signals GU1, GX1, GV1, and GY1 of the first unit 11 are shown as representative gate signals.

図9のテーブルは、切り替え前のゲート閾値Vthの符号がマイナスで、かつ、最大のマイナスの値Vth−max以外ならば、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる。ここでの最大のマイナスの値Vth−maxとは、図9に示すように、最も0に近いマイナスのゲート閾値のことである。   In the table of FIG. 9, if the sign of the gate threshold value Vth before switching is negative and other than the maximum negative value Vth−max, the gate threshold value Vth is switched at the timing of the positive peak of the voltage command value Vref. The maximum negative value Vth-max here is a negative gate threshold value closest to 0, as shown in FIG.

切り替え前のゲート閾値Vthの符号がプラスならば、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる。   If the sign of the gate threshold value Vth before switching is positive, the gate threshold value Vth is switched at the timing when the voltage command value Vref is at the negative peak.

切り替え前のゲート閾値Vthが最大のマイナスの値Vth−maxの場合は、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる場合と、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる場合とが混在する。その例を示す。   When the gate threshold Vth before switching is the maximum negative value Vth-max, the gate threshold Vth is switched at the timing of the positive peak of the voltage command value Vref, and the gate threshold Vth is switched at the timing of the negative peak of the voltage command value Vref. The case where the threshold value Vth is switched is mixed. An example is shown.

図9のA点では、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングで太線のゲート閾値Vth1aがVth−maxから変化している。図12のB点では、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングで太線のゲート閾値Vth1aがVth−maxから変化している。   At point A in FIG. 9, the gate threshold value Vth1a indicated by the thick line changes from Vth-max at the timing when the voltage command value Vref is at the plus side peak. At point B in FIG. 12, the gate threshold value Vth1a indicated by the thick line changes from Vth-max at the timing of the negative voltage command value Vref.

下記の表4は、図9において、電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の関係を示した表である。   Table 4 below is a table showing the relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold value in FIG.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

図10のテーブルは、切り替え前のゲート閾値Vthの符号がプラスで、かつ、最小のプラスの値Vth+min以外ならば、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる。ここでの最小のプラスの値Vth+minとは、図10に示すように、最も0に近いプラスのゲート閾値のことである。   In the table of FIG. 10, if the sign of the gate threshold value Vth before switching is plus and other than the minimum plus value Vth + min, the gate threshold value Vth is switched at the timing when the voltage command value Vref is at the minus side peak. Here, the minimum positive value Vth + min is a positive gate threshold value closest to 0, as shown in FIG.

切り替え前のゲート閾値Vthの符号がマイナスであれば、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる。切り替え前のゲート閾値Vthが最小のプラスの値Vth+minの場合は、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる場合と、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングでゲート閾値Vthが切り替わる場合とが混在する。   If the sign of the gate threshold value Vth before switching is negative, the gate threshold value Vth is switched at the timing when the voltage command value Vref is at the plus side peak. When the gate threshold Vth before switching is the minimum positive value Vth + min, the gate threshold Vth is switched at the timing of the positive peak of the voltage command value Vref, and the gate threshold Vth at the timing of the negative peak of the voltage command value Vref. Are mixed with the case of switching.

その例を示す。図10のA点では、電圧指令値Vrefがマイナス側ピークのタイミングで太線のゲート閾値Vth1aがVth+minから変化している。図10のB点では、電圧指令値Vrefがプラス側ピークのタイミングで太線のゲート閾値Vth1aがVth+minから変化している。   An example is shown. At point A in FIG. 10, the gate threshold value Vth1a indicated by the thick line changes from Vth + min at the timing of the negative peak value of the voltage command value Vref. At point B in FIG. 10, the gate threshold value Vth1a of the thick line changes from Vth + min at the timing of the voltage command value Vref at the plus side peak.

下記の表5は、図10において、電圧指令値Vrefの周期と各ゲート閾値の大小関係を示した表である。   Table 5 below is a table showing the magnitude relationship between the cycle of the voltage command value Vref and each gate threshold value in FIG.

Figure 2019140858
Figure 2019140858

この切り替え動作によって、実施形態2と同様にゲート閾値の切り替えでスイッチングが発生しないようにした。   By this switching operation, switching is prevented from occurring by switching the gate threshold as in the second embodiment.

また、図9,図10では、ゲート閾値の切り替え時にゲート閾値を一部2段変化させている(例:図9のC点)。これにより、ゲート閾値が切り替わる間隔は、基本的に、実施形態1、2同様、電圧指令値Vrefの1周期に保ち、かつ、インバータのユニット直列数が2倍(2直列→4直列)に増加しても、ゲート閾値の切替1周期を電圧指令値Vrefの8周期に抑えることができる。   In FIGS. 9 and 10, the gate threshold is partially changed by two stages when the gate threshold is switched (example: point C in FIG. 9). As a result, the interval at which the gate threshold is switched is basically maintained at one cycle of the voltage command value Vref as in the first and second embodiments, and the number of inverter units in series is doubled (2 series → 4 series). Even so, one cycle of the gate threshold can be suppressed to eight cycles of the voltage command value Vref.

この効果として、ユニット増加時のゲート閾値の切り替え1周期にかかる時間を短くし、各ユニット・各スイッチング素子の温度上昇のばらつきを小さくすることができる。また、ユニットの出力電力責務の変動周期も短くすることができる。   As an effect, it is possible to shorten the time required for one cycle of switching the gate threshold when the number of units is increased, and to reduce the variation in the temperature rise of each unit and each switching element. In addition, the fluctuation cycle of the output power duty of the unit can be shortened.

ただし、1段変化させる場合に比べてゲート切り替え時の出力電圧パルス幅の変化は大きくなり、トランスが偏磁しやすくなる。このような場合、実施形態1と同様にゲート閾値Vthを切り替えるタイミングを電圧指令値Vrefのプラス側ピークで統一することで偏磁を抑制することができる。   However, the change in the output voltage pulse width at the time of switching the gate is larger than in the case of changing by one stage, and the transformer is likely to be demagnetized. In such a case, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress the demagnetization by unifying the timing at which the gate threshold value Vth is switched at the plus side peak of the voltage command value Vref.

本実施形態3はユニットの4多重接続であるが、同様の拡張を行うことにより多重数を増加することができる。多重数をnとすると、図8の左下の加算器(図8では1a〜1g)に加算するオフセット値は、1/2n,2/2n,…,(2n−1)/2nとなる。(ただし、この順番ではない。)
以上示したように、本実施形態3によれば、各ユニット,各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることができる。
Although the third embodiment is a four-unit connection of units, the number of multiplexing can be increased by performing the same extension. When the multiplexing number is n, the offset value added to the lower left adder (1a to 1g in FIG. 8) is 1 / 2n, 2 / 2n,..., (2n-1) / 2n. (However, this is not the order.)
As described above, according to the third embodiment, the loss generated in each unit and each switching element can be made uniform.

また、本実施形態3により熱責務変動の周期を短くすることができ、各ユニット,各スイッチング素子の温度変動の大きさを小さくすることができる。このため、実施形態1や実施形態2に比べ、熱疲労を抑制する効果が高く、さらなる長寿命化ができる。   Further, according to the third embodiment, the cycle of the thermal duty fluctuation can be shortened, and the magnitude of the temperature fluctuation of each unit and each switching element can be reduced. For this reason, compared with Embodiment 1 and Embodiment 2, the effect which suppresses thermal fatigue is high and can further extend life.

[実施形態4]
図11に本実施形態4の制御ブロックを示す。実施形態1と同様の箇所は同一の符号を付してその説明を省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 11 shows a control block of the fourth embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

キャリア三角波発生器6は、キャリア三角波を出力する。加算器7a〜7dは、テーブル2から出力されたゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bにキャリア三角波を加算する。加算器7a〜7dの出力はオフセットが重畳されたキャリア三角波c1a,c1b,c2a,c2bとなり、電圧指令値Vrefとの差を演算する減算器3a〜3dに入力される。   The carrier triangular wave generator 6 outputs a carrier triangular wave. The adders 7a to 7d add a carrier triangular wave to the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b output from the table 2. Outputs of the adders 7a to 7d are carrier triangular waves c1a, c1b, c2a, and c2b on which offsets are superimposed, and are input to subtracters 3a to 3d that calculate a difference from the voltage command value Vref.

本実施形態4のテーブル2は、図2に示す実施形態1のテーブルと同一のものを使用する。   The table 2 of the fourth embodiment uses the same table as that of the first embodiment shown in FIG.

本実施形態4は、ゲート信号生成のための比較用信号として、実施形態1に示す固定値ではなく、特許文献1に示すキャリア三角波を用いた方式である。   The fourth embodiment uses a carrier triangular wave shown in Patent Document 1 instead of the fixed value shown in the first embodiment as a comparison signal for generating a gate signal.

本実施形態4は、実施形態1〜3と比較して出力電圧をより正弦波に近づけることができ、高調波電圧を抑制できる。そのため、図13や図7の直列多重インバータ装置の出力に高調波除去用のLCフィルタを接続する必要がなくなる。もしくは、LCフィルタを小型化することができる、
図12に本実施形態4で得られるキャリア三角波c1aの波形を示す。キャリア三角波に重畳するオフセットを周期的に切り替えることで、実施形態1同様に各ユニット・各スイッチング素子の熱責務を均等にすることができる。
In the fourth embodiment, the output voltage can be made closer to a sine wave as compared with the first to third embodiments, and the harmonic voltage can be suppressed. For this reason, it is not necessary to connect an LC filter for removing harmonics to the output of the series multiple inverter device of FIG. 13 or FIG. Alternatively, the LC filter can be downsized,
FIG. 12 shows the waveform of the carrier triangular wave c1a obtained in the fourth embodiment. By periodically switching the offset superimposed on the carrier triangular wave, the thermal duty of each unit and each switching element can be made equal as in the first embodiment.

以上示したように、本実施形態4によれば、キャリア三角波を使用してゲート信号を生成する場合、各ユニット、各スイッチング素子で発生する損失を均一にすることができ、実施形態1と同じ効果を得ることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, when the gate signal is generated using the carrier triangular wave, the loss generated in each unit and each switching element can be made uniform, which is the same as in the first embodiment. An effect can be obtained.

また、実施形態2と組み合わせ、重畳するオフセットを変更してスイッチング回数の増加を抑制することができる。また、実施形態3と組み合わせ3台以上のユニットを直列接続した構成にも対応することができる。   Further, in combination with the second embodiment, the offset to be superimposed can be changed to suppress an increase in the number of switching times. Further, a configuration in which three or more units in combination with the third embodiment are connected in series can be supported.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

Vref…電圧指令値
Vth1a〜Vth4b…ゲート閾値
Vo1,Vo2…出力電圧
Vo…合計出力電圧
Io…出力電流
Vref ... Voltage command value Vth1a to Vth4b ... Gate threshold value Vo1, Vo2 ... Output voltage Vo ... Total output voltage Io ... Output current

Claims (13)

複数の単相インバータのユニットを直列接続して構成され、出力周波数1kHz以上の単相電圧を出力する直列多重インバータ装置であって、
前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の半周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値とを比較して、スイッチング素子のゲート信号を生成するパルス幅変調回路を備え、
前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、
前記ゲート閾値を周期的に切り換え、
前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする直列多重インバータ装置。
A serial multiple inverter device configured by connecting a plurality of single-phase inverter units in series and outputting a single-phase voltage having an output frequency of 1 kHz or more,
A pulse width modulation circuit that generates a gate signal of a switching element by comparing a voltage command value with two types of gate threshold values that take a constant value for at least a half cycle of the voltage command value for each unit. Prepared,
The gate thresholds all take different values,
Periodically switching the gate threshold;
A switching circuit of the gate threshold value is an integer multiple of the period of the voltage command value.
前記電圧指令値のプラス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り換えることを特徴とする請求項1記載の直列多重インバータ装置。   2. The serial multiple inverter device according to claim 1, wherein the gate threshold value is switched at a plus-side peak of the voltage command value. 前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットとを備え、
前記第1ユニットのゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第2ユニットのゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表1に示す大小関係となることを特徴とする請求項2記載の直列多重インバータ装置。
Figure 2019140858
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
The single-phase inverter includes a first unit and a second unit,
The gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are equal in absolute value and opposite in sign,
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit are equal in absolute value and opposite in sign,
3. The serial multiple inverter device according to claim 2, wherein the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have a magnitude relationship shown in Table 1 below.
Figure 2019140858
p: Value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle
前記電圧指令値のマイナス側のピーク時に前記ゲート閾値を切り換えることを特徴とする請求項1記載の直列多重インバータ装置   2. The serial multiple inverter device according to claim 1, wherein the gate threshold value is switched at a negative peak of the voltage command value. 前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットとを備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに絶対値が等しく符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2bは、以下の表2に示す大小関係となることを特徴とする請求項4記載の直列多重インバータ装置。
Figure 2019140858
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
The single-phase inverter includes a first unit and a second unit,
The gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are equal in absolute value and opposite in sign,
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit are equal in absolute value and opposite in sign,
5. The series multiple inverter device according to claim 4, wherein the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, and Vth2b have a magnitude relationship shown in Table 2 below.
Figure 2019140858
p: Value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle
前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、
変化前後の前記ゲート閾値が共にプラスとなるパターンの場合、前記出力電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、
上記以外の前記ゲート閾値を切り換えるパターンの場合、前記電圧指令値のプラス側ピーク時としたことを特徴とする請求項1記載の直列多重インバータ装置。
The timing of switching the gate threshold is as follows:
In the case where the gate threshold value before and after the change is both positive, the negative peak of the output voltage command value,
2. The series multiple inverter device according to claim 1, wherein, in the case of a pattern for switching the gate threshold other than the above, the voltage command value is at a plus-side peak.
前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットを備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vtb2a,Vth2bは、以下の表3の大小関係となることを特徴とする請求項6記載の直列多重インバータ装置。
Figure 2019140858
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
The single-phase inverter includes a first unit and a second unit,
The gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are opposite to each other in sign.
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs.
7. The serial multiple inverter device according to claim 6, wherein the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vtb2a, and Vth2b have a magnitude relationship as shown in Table 3 below.
Figure 2019140858
p: Value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle
前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、
切り換え前の前記ゲート閾値がマイナス、かつ、最も0に近いマイナスのゲート閾値以外であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とし、
切り換え前の前記ゲート閾値がプラスの値であれば、前記電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、
切り換え前の前記ゲート閾値が、最も0に近いマイナスのゲート閾値であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とする場合とマイナス側ピークとする場合が混在することを特徴とする請求項1記載の直列多重インバータ装置。
The timing of switching the gate threshold is as follows:
If the gate threshold before switching is negative and other than the negative negative gate threshold closest to 0, the voltage command value is at the positive peak time,
If the gate threshold before switching is a positive value, the voltage command value at the negative peak,
The case where the voltage threshold value before the switching is a negative gate threshold value closest to 0 is mixed with the case where the voltage command value is at the positive peak and the negative peak. The serial multiple inverter device described.
前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a,Vth2b、Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表4に示す大小関係となることを特徴とする請求項8記載の直列多重インバータ装置。
Figure 2019140858
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
The single-phase inverter includes a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit,
The gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are opposite to each other in sign.
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs.
The gate threshold values Vth3a and Vth3b of the third unit are opposite in sign.
The gate threshold values Vth4a and Vth4b of the fourth unit have opposite signs.
9. The serial multiple inverter device according to claim 8, wherein the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b have a magnitude relationship shown in Table 4 below.
Figure 2019140858
p: Value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle
前記ゲート閾値の切り換えのタイミングは、
切り換え前の前記ゲート閾値がプラスで、かつ、最も0に近いプラスのゲート閾値以外であれば、前記電圧指令値のマイナス側ピーク時とし、
切り換え前の前記ゲート閾値がマイナスの値であれば、電圧指令値のプラス側ピーク時とし、
切り換え前のゲート閾値が、最も0に近いプラスのゲート閾値であれば、前記電圧指令値のプラス側ピーク時とする場合とマイナス側ピーク時とする場合が混在していることを特徴とする請求項1記載の直列多重インバータ装置。
The timing of switching the gate threshold is as follows:
If the gate threshold before switching is positive and other than the positive gate threshold closest to 0, the voltage command value is at the negative peak,
If the gate threshold before switching is a negative value, the voltage command value is at the positive peak,
When the gate threshold value before switching is a positive gate threshold value closest to 0, there are a mixture of cases where the voltage command value is set to a positive peak time and a negative peak value. Item 2. The serial multiple inverter device according to Item 1.
前記単相インバータとして、第1ユニットと第2ユニットと第3ユニットと第4ユニットとを備え、
前記第1ユニットの前記ゲート閾値のVth1aとVth1bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第2ユニットの前記ゲート閾値のVth2aとVth2bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第3ユニットの前記ゲート閾値のVth3aとVth3bは、互いに符号が反対の値であり、
前記第4ユニットの前記ゲート閾値のVth4aとVth4bは、互いに符号が反対の値であり、
前記ゲート閾値Vth1a,Vth1b,Vth2a、Vth2b,Vth3a,Vth3b,Vth4a,Vth4bは、以下の表5に示す大小関係となることを特徴とする請求項10記載の直列多重インバータ装置。
Figure 2019140858
p:ゲート閾値の切替周期で0から1に徐々に変化する値
The single-phase inverter includes a first unit, a second unit, a third unit, and a fourth unit,
The gate threshold values Vth1a and Vth1b of the first unit are opposite to each other in sign.
The gate threshold values Vth2a and Vth2b of the second unit have opposite signs.
The gate threshold values Vth3a and Vth3b of the third unit are opposite in sign.
The gate threshold values Vth4a and Vth4b of the fourth unit have opposite signs.
11. The serial multiple inverter device according to claim 10, wherein the gate threshold values Vth1a, Vth1b, Vth2a, Vth2b, Vth3a, Vth3b, Vth4a, and Vth4b have a magnitude relationship shown in Table 5 below.
Figure 2019140858
p: Value that gradually changes from 0 to 1 in the gate threshold switching cycle
前記各ユニットの前記ゲート閾値にキャリア三角波を重畳させることを特徴とする請求項1〜11のうち何れかに記載の直列多重インバータ装置。   The serial multiple inverter device according to claim 1, wherein a carrier triangular wave is superimposed on the gate threshold value of each unit. 複数の単相インバータのユニットを直列接続して構成され、出力周波数1kHz以上の単相電圧を出力する直列多重インバータ装置の制御方法であって、
前記各ユニットごとに、電圧指令値と、少なくとも前記電圧指令値の半周期の間一定の値をとる2種類のゲート閾値とを比較して、スイッチング素子のゲート信号を生成し、
前記ゲート閾値はすべて異なる値をとり、
前記ゲート閾値を周期的に切り換え、
前記ゲート閾値の切替周期は前記電圧指令値の周期の整数倍とすることを特徴とする直列多重インバータ装置の制御方法。
A control method for a serial multiple inverter device configured by connecting a plurality of single-phase inverter units in series and outputting a single-phase voltage having an output frequency of 1 kHz or more,
For each unit, the voltage command value is compared with two types of gate thresholds that take a constant value for at least a half cycle of the voltage command value, and a gate signal of the switching element is generated,
The gate thresholds all take different values,
Periodically switching the gate threshold;
The switching method of the gate threshold value is an integer multiple of the cycle of the voltage command value.
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