JP3609958B2 - Power converter - Google Patents

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利明 岡
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子を有するインバータの出力を2つ以上接続し、可変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の可変速制御される誘導電動機などの交流モータの制御装置として、図11に示すPWM制御方式の電圧多重インバータ装置が知られている。
図11に示した電圧多重インバータ装置は、2個の単相インバータ11を直列に接続したものを1相とし、それを3組スター接続した構成のインバータから成りモータ12を駆動する。
【0003】
図12は、単相インバータを示したものである。
図12に示したように、単相インバータは、直流電源15と単相ブリッジ逆変換器16とで構成され、PWM制御により所望の電圧と周波数の交流を供給する。
【0004】
図11に示す各単相インバータ11の個々の素子のスイッチングは、例えば図11に示したU1において、PWM回路14−1,2にて搬送波a及びこの搬送波aを位相シフト回路14−5により180゜シフトした搬送波bと、電圧基準Vurefとを比較し、この結果得られるゲートパルスe,fにより制御される。
【0005】
また、多重インバータにおいて各々の単相インバータのスイッチング信号を得る方法として、「半導体電力変換回路」(電気学会発行/オーム社発売)の第125頁及び126頁や米国特許4,674,024号公報、米国特許5,625,545号公報に記載されているように、他の単相インバータに対し位相シフト回路14−7を用い搬送波信号の位相をずらし、個々の単相インバータの各素子毎にPWM回路を設けゲートパルスを出力する制御回路14を用いる方法が一般的に行われている。
【0006】
図13は、出力電圧波形を示したものである。
図13によれば、2個の単相インバータの出力電圧U1とU2が交互にスイッチングして、1個の単相インバータの出力電圧波形に比べ、総合的に、より正弦波に近い波形が得られている。
尚、図11では、1相当りに単相インバータが2つある例で説明したが、3つ以上においてはより向上した結果が得られることは明らかである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成された従来の多重インバータの制御方法では、スイッチング素子毎に、PWM回路と位相シフト回路を追加する必要があり、多重化する場合、装置が大型化するため、経済的な問題がある。
【0008】
また、一般に単相インバータでの多重運転では、あるひとつの単相インバータが故障した場合、前記単相インバータの出力を短絡しバイパス状態で、他の単相インバータだけで負荷に電力を供給することができる。しかし、制御回路において位相シフト回路をそのままの状態にし、1つの単相インバータだけをバイパス状態にすると、バイパス状態にした単相インバータの出力が出力電圧に反映されないことにより出力電圧の高調波は増加する。
【0009】
従って、本発明では上記問題点を鑑み、装置の各素子に与えるPWM回路を簡略化し小型化すると共に、バイパス状態で運転した場合でも高調波を増加させない出力電圧波形を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、 各々複数のスイッチング素子を有
するインバータの出力を2つ以上接続し、可変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、前記各相のインバータのスイッチング素子のスイッチングを、各相毎に設けられ、搬送波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変調回路と、このパルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを前記各インバータのどのスイッチング素子ヘ分配するかを決定する分配回路とにより制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0011】
また、請求項2に係る発明は、上記分配回路が、各インバータのスイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在のスイッチングの状態を記憶し、上記スイッチング素子を順次切り替える手段を備えたことを特徴とする。
【0012】
更に、請求項3に係る発明は、各々複数のスイッチング素子を有する単相インバータの出力を2つ以上直列接続し、可変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、各相毎に設けられ、搬送波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変調回路と、単一の位相及び振幅の搬送波とパルス幅変調できるように電圧基準を変換する電圧基準変換回路と、各単相インバータ内スイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在のスイッチングの状態を記憶し、出力電圧の変化により、前記出力電圧の変化と逆の方向にスイッチングしていた素子のうち、最も長い期間スイッチングしていなかった素子に対し前記パルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを出力する分配回路とを備えたことを特徴とする。
【0013】
請求項4に係る発明は、上記複数の単相インバータのうちのーつをバイパス状態として使用するため、上記バイパス状態の単相インバータを除く他の単相インバータヘゲートパルスを分配する回路を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、請求項5に係る発明は、 三相インバータを複数個接続し、可変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、各相毎に設けられ、搬送波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変調回路と、単一の位相及び振幅の搬送波とパルス幅変調できるように電圧基準を変換する電圧基準変換回路と、前記各三相インバータのスイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在のスイッチングの状態を記憶し、出力電圧の変化により、前記出力電圧の変化と逆の方向にスイッチングしていた素子のうち、最も長い期間スイッチングしていなかった素子に対して前記パルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを出力する分配回路とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0016】
(第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形態を示す回路図である。尚、図1に示す実施の形態の構成要素において、図11と同一の構成要素については、同一番号をつけることによりその説明は省略する。図11と異なる点は、個々のインバータのゲートパルス制御回路14()、1では単一の搬送波と単一の比較回路でパルス幅変調制御できるように電圧基準を変換する電圧基準変換回路18−1と、単一の搬送波と単一の比較回路からなるPWM回路18−2と、分配回路18−3で構成する制御回路18で置き換えている点である。以下、説明はU相を代表して説明するがV,W相についても同様である。
【0017】
電圧基準変換回路18−1では電圧基準Vurefに対し、相の出力するべき電圧レベルを基に、単一の搬送波と単一の比較回路でPWM制御できるように電圧基準を変換し出力する。
【0018】
図2及び図3は、相の出力の電圧レベルが−2から+2の5レベルである多重インバータの出力の電圧レベルの対応と電圧基準の変換の概念を示している。ここで、電圧基準を−1から+1に正規化して考えている。
【0019】
図2は、変換前の電圧基準に対する搬送波C1乃至C4を示す。
図3に示すように、本実施の形態では、電圧基準と搬送波の相対的な関係を考慮し、搬送波の振幅が−1から+1となるように電圧基準を変換する。例えば、図2に示すように、電圧基準が0から+1/2の範囲にある場合、搬送波と電圧基準との関係から決定されるパルス幅を持った相電圧を得ることができる。同様のパルス幅を図3に示す単一の搬送波を用いて出力するために、以下のような変換を行う。
【0020】
Eu=(Vuref−1/4)×4 ……… (1)
Eu:変換後のU相電圧基準
他の領域についても同様に以下のように変換する。
【0021】
電圧基準が+1/2から+1の範囲にある場合、
Eu=(Vuref−3/4)×4 ……… (2)
電圧基準が−1/2から0の範囲にある場合、
Eu=(Vuref+1/4)×4 ……… (3)
電圧基準が−1から−1/2の範囲にある場合、
Eu=(Vuref+3/4)×4 ……… (4)
上記変換後の電圧基準は、PWM回路18−2にてPWM制御されゲートパルスを出力する。
【0022】
分配回路18−3では、次にスイッチングする素子mを決定し、この決定された素子にゲートパルスpを出力し、他の素子に対しては前回のスイッチング状態を継続するようにゲートパルスを出力する。
【0023】
次に、単相インバータを少なくとも2つ以上直列接続する多重インバータにおける分配回路18−3の動作を詳細に述べる。
図4は、電力変換装置の分配回路18−3の詳細図を示す。
【0024】
まず、出力電圧レベル決定回路20にて電圧基準から出力するべき相電圧の電圧レベルlを、図2に示すように、電圧基準の大きさに応じて決定する。
次に、電圧レベルlからスイッチング素子選択回路21にて、次にスイッチングする素子mを決定する。スイッチング素子選択回路21は、単相インバータ選択回路22と、単相インバータ内素子選択回路23からなる。
【0025】
単相インバータ選択回路22は、図5に示すように、単相インバータの出力しうる電圧レベル−1〜+1までにそれぞれ、先入れ先出し方式のキュ−24a,24b,24cを用意する。各単相インバータは各出力状態から、どれかひとつのキューに属する。このとき、キュ−24a,24b,24cは電圧レベルが変化した順番も情報として持つ。
【0026】
相の出力電圧レベルは、これらの単相インバータの出力の加算である。例えば、図5はレベル0のキュー24bにはU1,U2が所属しており、先にU1がレベル0となっていたことを示している。また、相の出力電圧レベルは0であることを示す。
【0027】
単相インバータ選択回路22は出力電圧レベル決定回路20から出力するべき相電圧の電圧レベルlを受け取り、キューの状態から分かる現状のスイッチング前の出力電圧レベルと比較し、出力するぺき電圧レベルが高い場合は、キューの最小レベルの先頭の単相インバータの出力レベルを1つ上げ、相の出力電圧レベルを上げる。このようにして、スイッチングする単相インバータqを決定する。
【0028】
次に、単相インバータ内素子選択回路23の動作を示す。
単相インバータ内素子選択回路23では、単相インバータ選択回路22で決定した電圧レベルを変化させる単相インバータqに対して、スイッチングするべき素子を決定する。
【0029】
図6に単相インバータの出力電圧レベルに対する各素子のスイッチング状態とその遷移を示す。数字は単相インバータの出力電圧レベルを示し、0内の+,−は単相インバータ内の2つのアームの状態を表し、+は上側の素子がオンし、−は下側の素子がオンしていることを表す。スイッチングの状態は26a,26b,26c,26dの4種類ある。単相インバータの出力電圧レベルを0とするスイッチングの状態は26a,26cの2種類ある。
【0030】
本実施の形態では、素子のスイッチングを分散させるために、前回0レベルであったとき、どちらのスイッチング状態であったかをフラグで記憶しておき、次にスイッチングする素子を決定する。例えば、FLG=0でインバータの出力電圧レベルが+1から0に変化する場合、次の状態が26bとなるようにスイッチング素子を選択する。逆にFLG=1だった場合は26cとなるようにスイッチング素子を選択する。また、出力電圧レベルが−1から0となる場合も同様である。このようにして、スイッチング素子mを決定する。
【0031】
また、選択されなかった素子に対しては、キュ−24a,24b,24cの状態から前回のスイッチング信号e´,f´,g´,h´を継続して出力する。
ゲートパルス割り振り回路25は、スイッチング素子選択回路21で選択された素子mに対して、PWM回路18−2から出力されるゲートパルスpを出力し、他の素子に対してはスイッチング素子選択回路21から出力される前回のスイッチング信号e´,f´,g´,h´を出力する。
【0032】
このように第1の実施の形態では、各相毎に2つの単相インバータを直列接続した多重インバータにおいて、ひとつのPWM回路18−2と、ゲートパルスを分配する分配回路18−3を用いて制御でき、回路構成をコンパクトにできる。また、キュ−24a,24b,24cを用いて、出力電圧レベルの変化を実現できる単相インバータのうち、最も長い期間、出力状態の変化のなかった単相インバータをスイッチングさせる制御手法により各単相インバータのスイッチングを分散できるので、スイッチングロスのバランスを取ることができる。
【0033】
以上の場合を説明した1相当りに単相インバータが2つ接続されたが、3つ以上の多重接続を行った場合、キュー24a,24b,24cに納める単相インバータの数を増やすことで同様の処理が行える。
【0034】
従って、単相インバータを2つ以上接続する多重インバータの各素子の制御を、ひとつのPWM回路とゲートパルス分配回路を行うことができ、部品点数が少なくなるとともに、各素子のスイッチングロスのバランスを取ることができる。
【0035】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図7を用いて説明する。尚、主回路構成は図1と同様である。また、図7に示した実施の形態の構成要素において、図4と同一の構成要素については、同一番号をつけることによりその説明は省略する。
【0036】
図4と異なる点は、単相インバータ選択回路22に対し、キュー24a,24b,24cの初期化回路27を追加している点である。
スイッチングを行う単相インバータはこのキューのレベル移動によって行うので、キューの中にその情報を含まなければ、スイッチング信号は送られず、バイパス状態可能となる。同様の方法で、同時に複数の単相インバータをバイパス運転することが可能である。
従って、1つ以上の単相インバータをバイパス運転することができ、PWM回路変更等のハード変更が不要となる。
【0037】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図8及び図9を用いて説明する。
尚、図8及び図9に示した実施の形態の構成要素において、図1及び図4と同一の構成要素については、同一番号をつけることによりその説明は省略する。
【0038】
図8に示すように、電力変換装置は、2組の三相インバータをリアクトル28a,28bで結合した2重インバータである。
図1と異なる点は、主回路構成が単相インバータの直列接続から、三相インバータの並列接続となった点と制御回路18においてゲートパルス信号線が異なる点である。
【0039】
図4と異なる点は、スイッチング素子選択回路21の構成が異なる点である。図9のスイッチング素子選択回路21において、三相インバータに対しては、三相インバータスイッチング素子選択回路29で各スイッチングを制御する。
【0040】
単相インバータと同様、過去のスイッチング状態を記憶するため、三相インバータにも図10に示すようなキューを考える。三相インバータでは、各相のアームは正または負の2つの状態のみを持ち、それぞれの状態でキュー30a,30bを用意する。三相インバータの各相の出力状態はこのキューのいずれかに納められる。相の出力電圧レベルは、これらの加算した平均値となる。
【0041】
スイッチング素子選択回路21は、出力電圧レベル決定回路20から出力するべき相の出力電圧レベルlを受け取り、上前記出力電圧レベルとキューの状態から決定される現状の出力電圧レベルとを比較する。出力するべき電圧レベルが高い場合は、負側のキュー30bの先頭のインバータのスイッチングを正にし、相の出力電圧レベルを上げる。逆に出力するべき電圧レベルが低い場合は、正側のキュー30aの先頭のインバータのスイッチングを負にし、相の出力電圧レベルを下げる。このようにして、スイッチングする素子mを決定する。
【0042】
このように第3の実施の形態では、2つの三相インバータを並列接続した多重インバータにおいて、ひとつのPWM回路18−2と、ゲートパルスを分配する回路18−3を用いて制御でき、回路構成をコンパクトにできる。また、キュー30a,30bを用いて、出力電圧レベルの変化を実現できる三相インバータのうち、最も過去にスイッチングした三相インバータをスイッチングさせる制御手法により各三相インバータのスイッチングを分散できる。以上三相インバータの2重化の場合を説明したが、3重化以上の多重化を行った場合、キュー30a,30bに納める三相インバータの数を増やすことで同様の処理が行える。
【0043】
従って、三相インバータを2つ以上接続する多重インバータの各素子の制御を、ひとつのPWM回路とゲートパルス分配回路を行うことができ、部品点数が少なくなるとともに、各素子のスイッチングロスのバランスを取ることができる。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、装置の各素子に与えるPWM回路を簡略化し小型化すると共に、バイパス状態で運転した場合でも高調波を増加させない出力電圧波形を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す概要構成図。
【図2】本発明の第1の実施の形態における変換前の電圧基準に対する出力電圧レベルと電圧基準を示す概略図。
【図3】本発明の第1の実施の形態における変換後の電圧基準に対する出力電圧レベルと電圧基準を示す概略図。
【図4】本発明の第1の実施の形態における単相インバータゲートパルス制御回路を示す概要構成図。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングする単相インバータ決定のためのキューを示す概念図。
【図6】本発明の第1の実施の形態におけるスイッチングする素子決定のための状態遷移を示す概念図。
【図7】本発明の第2の実施の形態を示す概要構成図。
【図8】本発明の第3の実施の形態を示す概要構成図
【図9】本発明の第3の実施の形態における三相インバータゲートパルス制御回路を示す概要構成図。
【図10】本発明の第3の実施の形態におけるスイッチングする三相インバータ決定のためのキューを示す概念図。
【図11】従来の多重PWM制御方式の多重インバータ装置を示す概要構成図。
【図12】図11に示した単相インバータを示す概要構成図。
【図13】図11に示した多重インバータの出力波形を示す波形図
【符号の説明】
11…単相インバータ、12…交流モータ、14,18…制御回路、15…直流電源、16…単相逆ブリッジ逆変換器、18−1…電圧基準変換回路、18−2…PWM回路、18−3…分配回路、20…出力電圧レベル決定回路、21…スイッチング素子選択回路、22…単相インバータ選択回路、23…単相インバータ内素子選択回路、24a,24b,24c…単相インバータ用先入れ先出し方式のキュー、25…ゲートパルス割り振り回路、26a,26b,26c,26d…単相インバータスイッチング状態、27…キュー初期化回路、28a,28b…結合リアクトル、29…三相インバータスイッチング素子選択回路、30a,30…三相インバータ用先入れ先出し方式のキュー。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power converter that connects two or more outputs of an inverter having a switching element to obtain variable frequency, variable voltage multiphase AC power.
[0002]
[Prior art]
As a conventional control device for an AC motor such as an induction motor that is controlled at a variable speed, a voltage multiplex inverter device of a PWM control system shown in FIG. 11 is known.
The voltage multiplex inverter device shown in FIG. 11 is composed of two single-phase inverters 11 connected in series as one phase, and is composed of an inverter having a configuration in which three sets are star-connected, and drives a motor 12.
[0003]
FIG. 12 shows a single-phase inverter.
As shown in FIG. 12, the single-phase inverter is composed of a DC power supply 15 and a single-phase bridge inverse converter 16, and supplies AC with a desired voltage and frequency by PWM control.
[0004]
Switching of individual elements of each single-phase inverter 11 shown in FIG. 11 is performed, for example, in U1 shown in FIG. The carrier wave b shifted by .degree. Is compared with the voltage reference Vuref and controlled by the resulting gate pulses e and f.
[0005]
In addition, as a method for obtaining a switching signal of each single-phase inverter in a multiplex inverter, pages 125 and 126 of “Semiconductor Power Conversion Circuit” (published by the Institute of Electrical Engineers / Ohm Company) and US Pat. No. 4,674,024 are disclosed. As described in US Pat. No. 5,625,545, a phase shift circuit 14-7 is used to shift the phase of a carrier signal with respect to other single-phase inverters, and each element of each single-phase inverter is A method of using a control circuit 14 that provides a PWM circuit and outputs a gate pulse is generally used.
[0006]
FIG. 13 shows an output voltage waveform.
According to FIG. 13, the output voltages U1 and U2 of the two single-phase inverters are switched alternately, and a waveform closer to a sine wave is obtained overall than the output voltage waveform of one single-phase inverter. It has been.
In FIG. 11, an example in which there are two single-phase inverters corresponding to one has been described, but it is apparent that more improved results can be obtained with three or more inverters.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional control method of a multiple inverter configured as described above, it is necessary to add a PWM circuit and a phase shift circuit for each switching element. There's a problem.
[0008]
Also, in general, in a multiplex operation with a single-phase inverter, when one single-phase inverter fails, the output of the single-phase inverter is short-circuited, and power is supplied to the load only with the other single-phase inverter in a bypass state. Can do. However, if the phase shift circuit is left as it is in the control circuit and only one single-phase inverter is bypassed, the output voltage harmonics increase because the output of the bypassed single-phase inverter is not reflected in the output voltage. To do.
[0009]
Therefore, in view of the above problems, the present invention aims to simplify and miniaturize the PWM circuit applied to each element of the apparatus, and to obtain an output voltage waveform that does not increase harmonics even when operated in a bypass state.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a power converter that connects two or more outputs of inverters each having a plurality of switching elements to obtain variable frequency, variable voltage multiphase AC power. the switching of the switching elements of the respective phases of the inverter, is provided for each phase, and one of the pulse width modulation circuit to match the carrier phase at each phase of each inverter, gates output from the pulse width modulation circuit And a control means for controlling by a distribution circuit for determining to which switching element of each inverter the pulse is distributed.
[0011]
Further, the invention according to claim 2 is characterized in that the distribution circuit comprises means for storing the switching generation order of the switching elements of each inverter and the current switching state and sequentially switching the switching elements. .
[0012]
Furthermore, the invention according to claim 3 is a power conversion device that obtains variable frequency, variable voltage multiphase AC power by connecting two or more outputs of a single-phase inverter each having a plurality of switching elements in series. A pulse width modulation circuit that matches a carrier wave phase in each phase of each inverter, a voltage reference conversion circuit that converts a voltage reference so as to be capable of pulse width modulation with a carrier wave having a single phase and amplitude, and The switching sequence of each switching element in each single-phase inverter and the current switching state are stored, and switching is performed for the longest period among the elements that have been switched in the opposite direction to the change in the output voltage due to the change in the output voltage. And a distribution circuit that outputs a gate pulse output from the pulse width modulation circuit to an element that has not been provided.
[0013]
The invention according to claim 4 includes a circuit for distributing gate pulses to other single-phase inverters other than the single-phase inverter in the bypass state, in order to use one of the plurality of single-phase inverters as a bypass state. It is characterized by that.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a power converter for obtaining a multi-phase AC power having a variable frequency and a variable voltage by connecting a plurality of three-phase inverters, and providing a carrier phase for each inverter. One pulse width modulation circuit that matches each phase, a voltage reference conversion circuit that converts a voltage reference so as to perform pulse width modulation with a single phase and amplitude carrier wave, and switching of the switching element of each three-phase inverter The generation order and the current switching state are stored, and the pulse is applied to the element that has not been switched for the longest period among the elements that have been switched in the opposite direction to the change in the output voltage due to the change in the output voltage. And a distribution circuit that outputs a gate pulse output from the width modulation circuit.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
(First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In the structure elements of the embodiment shown in FIG. 1, the same components as FIG. 11, the description thereof will be given the same numbers will be omitted. The difference from FIG. 11 is that the voltage reference conversion circuit 18-converts the voltage reference so that the pulse width modulation control can be performed by a single carrier wave and a single comparison circuit in the gate pulse control circuit 14 () 1 of each inverter. 1, a PWM circuit 18-2 composed of a single carrier wave and a single comparison circuit, and a control circuit 18 constituted by a distribution circuit 18-3. Hereinafter, the description will be made on behalf of the U phase, but the same applies to the V and W phases.
[0017]
The voltage reference conversion circuit 18-1 converts and outputs the voltage reference for the voltage reference Vuref so that PWM control can be performed by a single carrier wave and a single comparison circuit based on the voltage level to be output by the phase.
[0018]
2 and 3 show the concept of the correspondence between the voltage levels of the outputs of the multiple inverters in which the voltage level of the output of the phase is 5 levels from -2 to +2, and the conversion of the voltage reference. Here, the voltage reference is normalized from -1 to +1.
[0019]
FIG. 2 shows the carriers C1 to C4 with respect to the voltage reference before conversion.
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the voltage reference is converted so that the amplitude of the carrier wave is from −1 to +1 in consideration of the relative relationship between the voltage reference and the carrier wave. For example, as shown in FIG. 2, when the voltage reference is in the range of 0 to +1/2, a phase voltage having a pulse width determined from the relationship between the carrier wave and the voltage reference can be obtained. In order to output the same pulse width using the single carrier wave shown in FIG. 3, the following conversion is performed.
[0020]
Eu = (Vuref-1 / 4) × 4 (1)
Eu: The U-phase voltage reference after conversion and other regions are similarly converted as follows.
[0021]
If the voltage reference is in the range of +1/2 to +1,
Eu = (Vuref−3 / 4) × 4 (2)
If the voltage reference is in the range of -1/2 to 0,
Eu = (Vuref + 1/4) × 4 (3)
If the voltage reference is in the range of -1 to -1/2,
Eu = (Vuref + 3/4) × 4 (4)
The converted voltage reference is PWM-controlled by the PWM circuit 18-2 and outputs a gate pulse.
[0022]
The distribution circuit 18-3 determines the element m to be switched next, outputs a gate pulse p to the determined element, and outputs a gate pulse to the other elements so as to continue the previous switching state. To do.
[0023]
Next, the operation of the distribution circuit 18-3 in the multiple inverter in which at least two single-phase inverters are connected in series will be described in detail.
FIG. 4 shows a detailed view of the distribution circuit 18-3 of the power conversion device.
[0024]
First, the voltage level 1 of the phase voltage to be output from the voltage reference is determined by the output voltage level determination circuit 20 according to the magnitude of the voltage reference, as shown in FIG.
Next, the switching element selection circuit 21 determines the element m to be switched next from the voltage level l. The switching element selection circuit 21 includes a single-phase inverter selection circuit 22 and a single-phase inverter internal element selection circuit 23.
[0025]
As shown in FIG. 5, the single-phase inverter selection circuit 22 prepares first-in first-out queues 24a, 24b, and 24c for voltage levels -1 to +1 that can be output from the single-phase inverter. Each single-phase inverter belongs to one queue from each output state. At this time, the queues 24a, 24b, and 24c also have information on the order in which the voltage levels have changed.
[0026]
The phase output voltage level is the sum of the outputs of these single phase inverters. For example, FIG. 5 shows that U1 and U2 belong to the level 0 queue 24b, and U1 has been level 0 first. The phase output voltage level is 0.
[0027]
The single-phase inverter selection circuit 22 receives the voltage level 1 of the phase voltage to be output from the output voltage level determination circuit 20, and compares it with the current output voltage level before switching, which can be seen from the queue state, and the output voltage level is higher. In this case, the output level of the leading single-phase inverter at the lowest level of the queue is increased by 1, and the output voltage level of the phase is increased. In this way, the single-phase inverter q to be switched is determined.
[0028]
Next, the operation of the single-phase inverter element selection circuit 23 will be described.
The element selection circuit 23 in the single-phase inverter determines an element to be switched with respect to the single-phase inverter q that changes the voltage level determined by the single-phase inverter selection circuit 22.
[0029]
FIG. 6 shows the switching state of each element and its transition with respect to the output voltage level of the single-phase inverter. The numbers indicate the output voltage level of the single-phase inverter. + And-in 0 indicate the states of the two arms in the single-phase inverter, + indicates that the upper element is turned on, and-indicates that the lower element is turned on. Represents that There are four switching states 26a, 26b, 26c, and 26d. There are two types of switching states 26a and 26c in which the output voltage level of the single-phase inverter is 0.
[0030]
In the present embodiment, in order to disperse the switching of the elements, the switching state is stored as a flag when the previous level was 0 level, and the element to be switched next is determined. For example, when FLG = 0 and the output voltage level of the inverter changes from +1 to 0, the switching element is selected so that the next state is 26b. Conversely, when FLG = 1, the switching element is selected so as to be 26c. The same applies when the output voltage level changes from −1 to 0. In this way, the switching element m is determined.
[0031]
For the elements not selected, the previous switching signals e ′, f ′, g ′, and h ′ are continuously output from the states of the queues 24a, 24b, and 24c.
The gate pulse allocation circuit 25 outputs the gate pulse p output from the PWM circuit 18-2 to the element m selected by the switching element selection circuit 21, and the switching element selection circuit 21 to other elements. The previous switching signals e ′, f ′, g ′, and h ′ output from are output.
[0032]
As described above, in the first embodiment, in a multiple inverter in which two single-phase inverters are connected in series for each phase, one PWM circuit 18-2 and a distribution circuit 18-3 for distributing gate pulses are used. It can be controlled and the circuit configuration can be made compact. Further, among the single-phase inverters that can realize the change of the output voltage level using the cue 24a, 24b, 24c , each single-phase is controlled by a control method for switching the single-phase inverter that has not changed the output state for the longest period. Since switching of the inverter can be distributed, switching loss can be balanced.
[0033]
Two single-phase inverters are connected in the same way as described in the above case, but when three or more multiple connections are made, the number of single-phase inverters stored in the queues 24a, 24b, and 24c can be increased. Can be processed.
[0034]
Therefore, one PWM circuit and gate pulse distribution circuit can be used to control each element of a multiple inverter connecting two or more single-phase inverters, reducing the number of parts and balancing the switching loss of each element. Can be taken.
[0035]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The main circuit configuration is the same as in FIG. In the constituent elements of the embodiment shown in FIG. 7, the same constituent elements as those in FIG.
[0036]
A difference from FIG. 4 is that an initialization circuit 27 for queues 24 a, 24 b, and 24 c is added to the single-phase inverter selection circuit 22.
Since the single-phase inverter that performs switching is performed by shifting the level of this queue, if the information is not included in the queue, a switching signal is not sent and a bypass state is possible. In the same manner, a plurality of single-phase inverters can be bypassed at the same time.
Therefore, one or more single-phase inverters can be bypassed, and hardware changes such as PWM circuit changes are not required.
[0037]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the constituent elements of the embodiment shown in FIG. 8 and FIG. 9, the same constituent elements as those in FIG. 1 and FIG.
[0038]
As shown in FIG. 8, the power converter is a double inverter in which two sets of three-phase inverters are coupled by reactors 28a and 28b.
The difference from FIG. 1 is that the main circuit configuration is changed from a series connection of single-phase inverters to a parallel connection of three-phase inverters, and a gate pulse signal line is different in the control circuit 18.
[0039]
The difference from FIG. 4 is that the configuration of the switching element selection circuit 21 is different. In the switching element selection circuit 21 of FIG. 9, for the three-phase inverter, the switching is controlled by the three-phase inverter switching element selection circuit 29.
[0040]
Similar to the single-phase inverter, in order to store the past switching state, a queue as shown in FIG. 10 is also considered for the three-phase inverter. In the three-phase inverter, each phase arm has only two states, positive and negative, and queues 30a and 30b are prepared in each state. The output state of each phase of the three-phase inverter is placed in one of these queues. The output voltage level of the phase is an average value obtained by adding these.
[0041]
The switching element selection circuit 21 receives the output voltage level l of the phase to be output from the output voltage level determination circuit 20, and compares the output voltage level with the current output voltage level determined from the queue state. When the voltage level to be output is high, switching of the inverter at the head of the negative queue 30b is made positive, and the output voltage level of the phase is raised. Conversely, when the voltage level to be output is low, the switching of the leading inverter of the positive queue 30a is made negative to lower the phase output voltage level. In this way, the element m to be switched is determined.
[0042]
As described above, in the third embodiment, in the multiple inverter in which two three-phase inverters are connected in parallel, the control can be performed by using one PWM circuit 18-2 and the circuit 18-3 for distributing the gate pulse. Can be made compact. In addition, among the three-phase inverters that can realize the change in the output voltage level using the queues 30a and 30b, the switching of the three-phase inverters can be distributed by the control method of switching the three-phase inverters that have been switched in the past. Although the case of duplexing the three-phase inverter has been described above, the same processing can be performed by increasing the number of three-phase inverters stored in the queues 30a and 30b when the multiplexing of triple or more is performed.
[0043]
Therefore, one PWM circuit and gate pulse distribution circuit can be used to control each element of a multiple inverter that connects two or more three-phase inverters, reducing the number of parts and balancing the switching loss of each element. Can be taken.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the PWM circuit applied to each element of the apparatus can be simplified and miniaturized, and an output voltage waveform that does not increase harmonics even when operated in a bypass state can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an output voltage level and a voltage reference with respect to a voltage reference before conversion in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an output voltage level and a voltage reference with respect to a voltage reference after conversion in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a single-phase inverter gate pulse control circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a queue for determining a single-phase inverter to be switched in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing state transition for determining a switching element in the first embodiment of the invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a three-phase inverter gate pulse control circuit in the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a queue for determining a three-phase inverter to be switched in a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a conventional multiple inverter device of a multiple PWM control system.
12 is a schematic configuration diagram showing the single-phase inverter shown in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a waveform diagram showing output waveforms of the multiple inverter shown in FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Single phase inverter, 12 ... AC motor, 14, 18 ... Control circuit, 15 ... DC power supply, 16 ... Single phase reverse bridge reverse converter, 18-1 ... Voltage reference conversion circuit, 18-2 ... PWM circuit, 18 -3 ... distribution circuit, 20 ... output voltage level determination circuit, 21 ... switching element selection circuit, 22 ... single-phase inverter selection circuit, 23 ... single-phase inverter internal element selection circuit, 24a, 24b, 24c ... first-in first-out for single-phase inverter Queue of system, 25 ... gate pulse allocation circuit, 26a, 26b, 26c, 26d ... single-phase inverter switching state, 27 ... queue initialization circuit, 28a, 28b ... coupled reactor, 29 ... three-phase inverter switching element selection circuit, 30a , 30 ... First-in first-out queue for three-phase inverter.

Claims (5)

各々複数のスイッチング素子を有するインバータの出力を2つ以上接続し、可変周波数、
可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、
前記各相のインバータのスイッチング素子のスイッチングを、各相毎に設けられ、搬送
波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変調回路と、
このパルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを前記各インバータのどのスイッ
チング素子ヘ分配するかを決定する分配回路とにより制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする電力変換装置。
Connect two or more outputs of inverters each having multiple switching elements, variable frequency,
In a power converter that obtains variable-voltage multiphase AC power,
The switching of the switching elements of the respective phases of the inverter, is provided for each phase, the transport
One pulse width modulation circuit for matching the wave phase in each phase of each inverter ;
The gate pulse output from this pulse width modulation circuit is applied to which switch of each inverter .
Control means for controlling by a distribution circuit for determining whether to distribute to the chucking element ;
A power conversion device comprising:
前記分配回路は、各インバータのスイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在の
スイッチングの状態を記憶し、前記スイッチング素子を順次切り替える手段を具備したこ
とを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
2. The power converter according to claim 1, wherein the distribution circuit includes means for storing the switching generation order of the switching elements of each inverter and the current switching state, and sequentially switching the switching elements.
各々複数のスイッチング素子を有する単相インバータの出力を2つ以上直列接続し、可
変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、
各相毎に設けられ、搬送波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変
調回路と、
単一の位相及び振幅の搬送波とパルス幅変調できるように電圧基準を変換する電圧基準
変換回路と、
各単相インバータ内スイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在のスイッチングの状態を記憶し、出力電圧の変化により、前記出力電圧の変化と逆の方向にスイッチングしていた素子のうち、最も長い期間スイッチングしていなかった素子に対し前記パルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを出力する分配回路とを具備したことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter that obtains multi-phase AC power of variable frequency and variable voltage by connecting two or more outputs of single-phase inverters each having a plurality of switching elements in series,
One pulse width modulation circuit that is provided for each phase and matches the carrier phase in each phase of each inverter ;
A voltage reference conversion circuit for converting a voltage reference to be capable of pulse width modulation with a single phase and amplitude carrier; and
The switching sequence of each switching element in each single-phase inverter and the current switching state are stored, and switching is performed for the longest period among the elements that have been switched in the opposite direction to the change in the output voltage due to the change in output voltage. A power conversion apparatus comprising: a distribution circuit that outputs a gate pulse output from the pulse width modulation circuit to an element that has not been provided.
前記複数の単相インバータのうちのーつをバイパス状態として使用するため、前記バイパス状態の単相インバータを除く他の単相インバータヘゲートパルスを分配する回路を具備したことを特徴とする請求項3記載の電力変換装置。6. A circuit for distributing a gate pulse to other single-phase inverters other than the single-phase inverter in the bypass state in order to use one of the plurality of single-phase inverters as a bypass state. 3. The power conversion device according to 3. 三相インバータを複数個接続し、可変周波数、可変電圧の多相交流電力を得る電力変換装置において、
各相毎に設けられ、搬送波位相を前記各インバータの各相で一致させる一つのパルス幅変調回路と、
単一の位相及び振幅の搬送波とパルス幅変調できるように電圧基準を変換する電圧基準変換回路と、
前記各三相インバータのスイッチング素子のスイッチングの発生順序と現在のスイッチングの状態を記憶し、出力電圧の変化により、前記出力電圧の変化と逆の方向にスイッチングしていた素子のうち、最も長い期間スイッチングしていなかった素子に対して前記パルス幅変調回路から出力されるゲートパルスを出力する分配回路とを具備したことを特徴とする電力変換装置。
In a power converter that connects multiple three-phase inverters to obtain variable frequency, variable voltage multiphase AC power,
One pulse width modulation circuit that is provided for each phase and matches the carrier phase in each phase of each inverter ;
A voltage reference conversion circuit for converting a voltage reference to be capable of pulse width modulation with a single phase and amplitude carrier; and
The switching sequence of the switching elements of each of the three-phase inverters and the current switching state are stored, and the longest period among the elements that have been switched in the direction opposite to the change of the output voltage due to the change of the output voltage A power conversion device comprising: a distribution circuit that outputs a gate pulse output from the pulse width modulation circuit to an element that has not been switched.
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