JP4893152B2 - Space vector modulation method for AC-AC direct conversion device - Google Patents

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本発明は、多相の交流電源から任意の電圧または周波数に変換した多相出力を得る交流−交流直接変換装置(マトリックスコンバータ)に係り、特に時々刻々と大きさ・位相が変化する空間ベクトルを入力/出力それぞれで表現し、使用する基本ベクトルを選択してデューティ演算する空間ベクトル変調方法に関する。   The present invention relates to an AC-AC direct conversion device (matrix converter) that obtains a multi-phase output converted into an arbitrary voltage or frequency from a multi-phase AC power source, and particularly, a space vector whose size and phase change from moment to moment. The present invention relates to a space vector modulation method that expresses each input / output and selects a basic vector to be used and calculates a duty.

従来から存在するこの種の交流−交流直接変換装置は、自己消弧形の半導体素子を用いた双方向スイッチを高速に切換え、単相または多相の交流入力を任意の電圧または周波数の電力に変換する変換装置であり、図1に基本構成を示す。三相交流電源1のR、S、Tの各相に入力フィルタ(InputFilter)2と双方向スイッチS1〜S9構成の交流−交流直接変換回路3を介挿し、制御装置(コントローラ)4によって各双方向スイッチを電源周波数よりも十分高い周波数でPWM制御することにより、入力電圧をモータなどの負荷Loadに直接に印加しながら任意の電圧または周波数に制御したU、V、Wの交流出力を得る。なお、双方向スイッチは、図示のように単方向スイッチを複数用いて構成する場合もある。   This type of AC-AC direct conversion device that has existed in the past switches a bidirectional switch using a self-extinguishing semiconductor element at high speed, and converts a single-phase or multi-phase AC input to power of an arbitrary voltage or frequency. FIG. 1 shows a basic configuration of a conversion device for conversion. An input filter (InputFilter) 2 and an AC-AC direct conversion circuit 3 having bidirectional switches S1 to S9 are inserted in the R, S, and T phases of the three-phase AC power source 1, and both are controlled by a controller (controller) 4. By performing PWM control of the direction switch at a frequency sufficiently higher than the power supply frequency, an AC output of U, V, and W controlled to an arbitrary voltage or frequency is obtained while directly applying an input voltage to a load Load such as a motor. The bidirectional switch may be configured by using a plurality of unidirectional switches as shown in the figure.

ここで、交流−交流直接変換装置の制御法には、大きく分けて仮想DCリンク形(間接変換法)と直接AC−AC変換形との2つの方式がある。仮想DCリンク方式では、仮想的に直流リンクを考えて仮想入力コンバータと仮想出力インバータを独立に制御できるように工夫したもので、従来の電流形PWMコンバータ+電圧形PWMインバータの構成に似ており、制御の考え方が容易になる。一方で、入力側と出力側の各相が1:1で全て異なる相に結線するような6つのスイッチングパターンが発生しないという制約条件がある。直接AC−AC変換形では、上記のスイッチングパターンに制約条件が無い。   Here, the control method of the AC-AC direct conversion device is roughly divided into two systems, a virtual DC link type (indirect conversion method) and a direct AC-AC conversion type. The virtual DC link system is devised so that the virtual input converter and the virtual output inverter can be controlled independently considering a virtual DC link, and is similar to the configuration of a conventional current source PWM converter + voltage source PWM inverter. , The idea of control becomes easier. On the other hand, there is a constraint that six switching patterns in which the phases on the input side and the output side are all 1: 1 and are connected to different phases do not occur. In the direct AC-AC conversion type, there is no restriction on the above switching pattern.

また、PWM制御するスイッチングパターンを生成する変調方式としては、主にキャリア比較方式と空間ベクトル方式がある。キャリア比較方式は三角波キャリアと正弦波との大小比較によりスイッチングパターンを生成するもので、仮想DCリンク方式に適用したキャリア比較方式としては、仮想コンバータのキャリア及び仮想PWMパルスから仮想インバータキャリアを生成することで、PWM制御のスイッチング回数を少なくかつ同数にしてスイッチング損失やノイズを低減し、出力電圧の制御精度を向上させるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In addition, as a modulation method for generating a switching pattern for PWM control, there are mainly a carrier comparison method and a space vector method. The carrier comparison method generates a switching pattern by comparing the size of a triangular wave carrier and a sine wave. As a carrier comparison method applied to the virtual DC link method, a virtual inverter carrier is generated from a virtual converter carrier and a virtual PWM pulse. Thus, there has been proposed a technique in which the number of times of PWM control switching is reduced to the same number to reduce switching loss and noise and improve the output voltage control accuracy (see, for example, Patent Document 1).

仮想DCリンク形でキャリア比較による変調方式とする交流−交流直接変換装置で、仮想コンバータの仮想直流電圧の大きさをPAM(Pulse Amplitude Modulation)方式で制御することで出力電圧の大きさを調整し、仮想インバータでは出力周波数のみを制御する方法も提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この制御方法では、出力電圧が低出力領域の時に、電圧高低差の少ないパルスを用いるため、電圧高低差が大きいパルスに比べて、パルス幅を広くできる。また、コモンモード電圧が入力中間相電圧を基準にして変動する。これらによって、出力電圧の高調波低減やコモンモード電圧を低減できる。   This is an AC-AC direct conversion device that uses a virtual DC link type modulation method based on carrier comparison, and adjusts the magnitude of the output voltage by controlling the magnitude of the virtual DC voltage of the virtual converter using the PAM (Pulse Amplitude Modulation) method. In the virtual inverter, a method of controlling only the output frequency has also been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). In this control method, when the output voltage is in a low output region, a pulse with a small voltage height difference is used, so that the pulse width can be made wider than a pulse with a large voltage height difference. Also, the common mode voltage varies with reference to the input intermediate phase voltage. As a result, harmonics of the output voltage and common mode voltage can be reduced.

空間ベクトル方式は、交流−交流直接変換装置の出力電圧指令値に応じて瞬時空間ベクトルを選択する方式であり、この選択によりスイッチングパターンが決定される。この空間ベクトル方式を採用した交流−交流変換装置も提案されている(例えば、非特許文献2参照)。この空間ベクトル方式においては、時間積分した磁束鎖交数ベクトルの指令値軌跡に近づくように、回転ベクトル、最大単振動ベクトルおよび零ベクトルとを組み合わせて出力電圧の空間ベクトルを選ぶことにより、高調波成分の小さい出力電圧波形を得ると共に、高電圧出力時に誘導電動機駆動時の磁気騒音、トルクリップルを低減することができる。   The space vector method is a method of selecting an instantaneous space vector according to the output voltage command value of the AC-AC direct conversion device, and the switching pattern is determined by this selection. An AC-AC converter that employs this space vector method has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2). In this space vector method, a harmonic vector is selected by combining the rotation vector, maximum single vibration vector, and zero vector so as to approach the command value locus of the magnetic flux linkage number vector integrated over time. An output voltage waveform with a small component can be obtained, and magnetic noise and torque ripple when driving an induction motor can be reduced during high voltage output.

さらに、変調方式が空間ベクトルではないが、直接AC/AC変換形の交流−交流直接変換装置で、空間ベクトルを用いて27つあるスイッチングパターンを適切に選ぶことで波形歪みを低減している(例えば、非特許文献3参照)。
特開2005−168198号公報 仮想AC/DC/AC変換方式に基づいたマトリックスコンバータのPAM制御法、平成17年電気学会産業応用部門大会、1−43、1−203〜1−206 石黒章夫、 古橋武、 石田宗秋、 大熊繁、 内川嘉樹:「空間ベクトルを用いたPWM制御サイクロコンバータの出力電圧制御法」、電学論D、 Vol.110、 No.6、 pp.655−663 (1990) P.Mutschler、M.Marcks:”A Direct Control Method for Matrix Converters” IEEE trans. on Industrial Electronics. Vol49、No.2、p362−(2002)
Furthermore, although the modulation method is not a space vector, the direct current AC / AC conversion type AC-AC direct conversion device reduces the waveform distortion by appropriately selecting 27 switching patterns using the space vector ( For example, refer nonpatent literature 3).
JP 2005-168198 A PAM control method of matrix converter based on virtual AC / DC / AC conversion system, 2005 IEEJ Industrial Application Conference, 1-43, 1-203-1-206 Akio Ishiguro, Takeshi Furuhashi, Muneaki Ishida, Shigeru Okuma, Yoshiki Uchikawa: “Method of controlling the output voltage of a PWM controlled cycloconverter using a space vector”, Electrical Theory D, Vol. 110, no. 6, pp. 655-663 (1990) P. Mutschler, M.M. Marks: “A Direct Control Method for Matrix Converters” IEEE trans. on Industrial Electronics. Vol 49, No. 2, p362- (2002)

例えば、特許文献1や非特許文献1では、変調方式がキャリア比較方式で出力電圧の制御精度の向上、または出力電圧の高調波低減やコモンモード電圧の低減を行っているが、スイッチングによる位相、大きさの遷移を空間ベクトルの挙動によって把握することができる空間ベクトル方式ではスイッチングパターンを生成するプロセスが異なり、適用できない。   For example, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the modulation method is the carrier comparison method, which improves the control accuracy of the output voltage, or reduces the harmonics of the output voltage or the common mode voltage. The process of generating a switching pattern is different in the space vector method in which the transition of the size can be grasped by the behavior of the space vector, and cannot be applied.

また、非特許文献2においては、出力電圧の高調波低減と高出力時のモータ負荷のトルクリップルを低減できるが、入力電流を任意の正弦波に制御することができないため、装置入力側の高調波が非常に大きくなる。したがって、この手法は、入力が系統電源に接続されないような用途に限定されてしまう。また、低出力領域における出力電圧の誤差やコモンモード電圧の低減はできない。   In Non-Patent Document 2, although the output voltage harmonics can be reduced and the torque ripple of the motor load at high output can be reduced, the input current cannot be controlled to an arbitrary sine wave. The waves become very big. Therefore, this method is limited to applications where the input is not connected to the system power supply. Also, the output voltage error and the common mode voltage cannot be reduced in the low output region.

一方、非特許文献3は、直接トルク制御/直接電力制御/切り換え制御則等を用いているが、入出力電流を直接切り換え制御するため、出力電流だけでなく入力電流も検出する必要がある。また、基本ベクトルの電圧誤差や位相差が大きくなるスイッチングパターンもあり、この場合には制御が遅くなることやスイッチング回数、スイッチング順序に無駄が生じ、高速な制御に不向きであることや低出力領域の出力電圧の誤差低減、コモンモード電圧の低減ができない。   On the other hand, although Non-Patent Document 3 uses direct torque control / direct power control / switching control rule, etc., it is necessary to detect not only the output current but also the input current in order to perform direct switching control of the input / output current. In addition, there are switching patterns in which the voltage error and phase difference of the basic vector become large. In this case, the control becomes slow, the number of times of switching and the switching sequence are wasted, and it is not suitable for high-speed control, and the low output area Output voltage error and common mode voltage cannot be reduced.

本発明の目的は、キャリア比較方式とスイッチングパターンを生成するプロセスが異なる空間ベクトル方式による変調方式で、出力電圧の誤差低減、入出力電圧の高調波低減およびコモンモード電圧の低減を図ることができ、または入出力の磁束ベクトルの脈動抑制を図ることができる交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法を提供することにある。   The object of the present invention is a modulation method using a space vector method, which is different from the carrier comparison method and the process of generating a switching pattern, and can reduce output voltage error, harmonics of input / output voltage, and common mode voltage. Another object of the present invention is to provide a space vector modulation method for an AC-AC direct conversion device capable of suppressing pulsation of input and output magnetic flux vectors.

前記の課題を解決するための本発明は、以下の方法を特徴とする。   The present invention for solving the above problems is characterized by the following method.

(1)多相の交流電源から交流−交流直接変換器の双方向スイッチを直接AC/AC変換形の空間ベクトルによる変調でPWM制御する交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法であって、
多相交流出力の線間電圧を2相の静止αβ軸上に展開したベクトルの状態を、線間電圧指令値ベクトルVo*が存在するセクターの位相が遅れている単振動ベクトル軸をX軸、進んでいる単振動ベクトル軸をY軸と定義して、それぞれの軸で最大のベクトルVXmax、VYmaxと、中間のベクトルVXmid、VYmidと、最小のベクトルVXmin、VYminと、相電圧の中間電圧となる零ベクトルVzと、セクター内に1つ存在する回転ベクトルVrotを基本ベクトルとし、これら8つの基本ベクトルによってセクター内を8つの領域D1〜D8に分け、
線間電圧指令値ベクトルVo*が前記領域D1〜D8のいずれの領域にあるかによってPWM制御に使用する3つの前記基本ベクトルを決定し、かつ線間電圧指令ベクトル値Vo*から前記3つの基本ベクトルのデューティを決定して空間ベクトルとすることを特徴とする。
(1) A space vector modulation method for an AC-AC direct conversion device that PWM-controls a bidirectional switch of an AC-AC direct converter from a multiphase AC power supply by modulation using a direct AC / AC conversion type space vector,
The state of the vector in which the line voltage of the polyphase AC output is expanded on the two-phase stationary αβ axis, the single vibration vector axis in which the phase of the sector where the line voltage command value vector Vo * exists is delayed on the X axis, The advancing single vibration vector axis is defined as the Y axis, and the maximum vectors VXmax and VYmax, the intermediate vectors VXmid and VYmid, the minimum vectors VXmin and VYmin, and the intermediate voltages of the phase voltages are defined on the respective axes. The zero vector Vz and one rotation vector Vrot existing in the sector are set as basic vectors, and the eight basic vectors divide the sector into eight regions D1 to D8.
The three basic vectors used for PWM control are determined depending on which of the regions D1 to D8 the line voltage command value vector Vo * is in, and the three basic vectors are determined from the line voltage command vector value Vo *. The duty of a vector is determined and used as a space vector.

(2)前記基本ベクトルの決定は、常に60度位相差以下のベクトルを使用するとともに、線間電圧指令値ベクトルVo*の大きさに近い瞬時値の基本ベクトルとすることを特徴とする。   (2) The basic vector is always determined using a vector having a phase difference of 60 degrees or less and an instantaneous basic vector close to the magnitude of the line voltage command value vector Vo *.

(3)前記各領域D1〜D8を決定する基本ベクトルのスイッチング状態遷移条件として、<条件1>出力1相ごとに切り替わること、<条件2>入力最大相と最小相間の直接転流がないこと、<条件3>コモンモード電圧を低減することの各条件をクリアできる遷移パターンが存在しない領域D4〜D7を一括して前記ベクトルVXmid、VYmid、Vzの3種を用いて空間ベクトルを構成することを特徴とする。   (3) As a basic vector switching state transition condition for determining each of the regions D1 to D8, <condition 1> switching for each output phase, <condition 2> no direct commutation between the input maximum phase and the minimum phase. <Condition 3> Space vectors D4 to D7 that do not have a transition pattern that can satisfy each condition for reducing the common mode voltage are collectively configured using the above three types of vectors VXmid, VYmid, and Vz. It is characterized by.

(4)前記各領域D1〜D8を決定する基本ベクトルのスイッチング状態遷移条件として、入力最大相と最小相間の直接転流がないことの条件をクリアできる遷移パターンが存在しない領域D2、D3、D5のうち、領域D2,D3は統合して前記回転ベクトルを利用して別の基本ベクトルを選択し、領域D5は前記回転ベクトルを利用して別の基本ベクトルを選択することを特徴とする。   (4) Regions D2, D3, and D5 in which there are no transition patterns that can clear the condition that there is no direct commutation between the input maximum phase and the minimum phase as the switching state transition conditions of the basic vectors that determine the regions D1 to D8. Of these, the regions D2 and D3 are integrated to select another basic vector using the rotation vector, and the region D5 is used to select another basic vector using the rotation vector.

以上のとおり、本発明によれば、直接AC−AC変換形で空間ベクトルによる変調方式とした場合の交流−交流直接変換装置で、出力電圧誤差低減、入出力電圧の高調波低減およびコモンモード電圧の低減を図ることができ、または入出力の磁束ベクトルの脈動抑制を図ることができる。   As described above, according to the present invention, a direct AC-AC conversion type AC-AC direct conversion apparatus using a space vector modulation method can reduce output voltage error, reduce harmonics of input / output voltage, and common mode voltage. Can be reduced, or the pulsation of the input / output magnetic flux vector can be suppressed.

図1の3相入力、3相出力の交流−交流直接変換装置を例に挙げ、以下に説明する。入力電源の短絡と出力電流の不連続を起こさないスイッチング条件を考えると、9つの双方向スイッチは表1に示す27(33)パターンの組み合わせに限定される。 The three-phase input and three-phase output AC-AC direct conversion device shown in FIG. 1 will be described as an example. Considering the switching condition that does not cause short circuit of the input power supply and discontinuity of the output current, the nine bidirectional switches are limited to the combination of 27 (3 3 ) patterns shown in Table 1.

Figure 0004893152
Figure 0004893152

この表1中、空間ベクトル上に存在する個々のベクトル(以下、基本ベクトル)について説明すると、S1,S2,S3は3相のうち2相のみを使ったスイッチングになる単振動ベクトルのグループ、R1は反時計方向回転ベクトルのグループ、R2は時計方向回転ベクトルのグループ、Zは出力電圧が常に零になる零ベクトルのグループである。   In Table 1, each vector (hereinafter referred to as a basic vector) existing on a space vector will be described. S1, S2, and S3 are groups of simple vibration vectors that are switched using only two phases out of three phases, R1. Is a group of counterclockwise rotation vectors, R2 is a group of clockwise rotation vectors, and Z is a group of zero vectors whose output voltage is always zero.

したがって、図1の交流−交流直接変換装置を正常に動作させるには、この27パターンの中から任意の状態を選択して制御する必要がある。そこで、これら27のスイッチングパターンを、3相/2相変換により3相交流から2相の静止αβ軸上に展開すると、出力電圧の空間ベクトルは図2のように表現でき(図2は、入力相電圧位相θ=15度の例)、以下に本発明に適用する直接AC−AC変換形の空間ベクトルによる変調方式を簡単に説明する。。   Therefore, in order to operate the AC-AC direct conversion device of FIG. 1 normally, it is necessary to select and control an arbitrary state from the 27 patterns. Therefore, when these 27 switching patterns are developed on a stationary αβ axis of two phases from three-phase AC by three-phase / two-phase conversion, the space vector of the output voltage can be expressed as shown in FIG. Example of phase voltage phase θ = 15 degrees), a modulation method using a direct AC-AC conversion type space vector applied to the present invention will be briefly described below. .

交流−交流直接変換装置の出力UV間の線間電圧Vuvを静止α軸方向として基準にし、図2のような出力電圧の空間ベクトルを構成する。図2は、入力相電圧位相θが15度の例で、交流−交流直接変換装置はその瞬時の入力電圧の位相状態や大きさにより27つある基本ベクトルが変動し、入力電圧が3相交流電源であれば、電源周波数(例えば50Hz/60Hz)に同期して空間ベクトルも変動することになる。この点が、通常のインバータ制御と異なる点である(通常のインバータで用いられる空間ベクトルは、入力電圧が直流のため、長さや位相が固定された6角形となる)。   With reference to the line voltage Vuv between the outputs UV of the AC-AC direct conversion device as a stationary α-axis direction, a space vector of the output voltage as shown in FIG. 2 is constructed. FIG. 2 shows an example in which the input phase voltage phase θ is 15 degrees. In the AC-AC direct conversion device, 27 basic vectors fluctuate depending on the phase state and magnitude of the instantaneous input voltage, and the input voltage is three-phase AC. In the case of a power supply, the space vector also fluctuates in synchronization with the power supply frequency (for example, 50 Hz / 60 Hz). This point is different from normal inverter control (the space vector used in the normal inverter is a hexagon having a fixed length and phase because the input voltage is DC).

また、交流−交流直接変換装置において仮想的に直流リンクを考えて制御する方式では、仮想コンバータと仮想インバータに分離して考えることができるため、入力側と出力側で個別に6角形の固定長・固定位相の空間ベクトルを用いることができる。したがって、制御が従来通りに単純化して容易になるが、仮想直流リンクは仮想上2本の線で入力相と出力相を結線する必要があるので、入力3相と出力3相のすべてを用いて接続する状態(表1におけるSTATE19〜24の6つのスイッチング状態)が表現できない。そこで、本発明ではこの6つのスイッチング状態を有効活用するために、直接AC/AC変換形の空間ベクトルによる変調方式で制御を考えていく。   Further, in the method of virtually controlling the direct current link in the alternating current to alternating current direct conversion device, it can be considered separately from the virtual converter and the virtual inverter, so the hexagonal fixed length is individually set on the input side and the output side. A fixed phase space vector can be used. Therefore, although the control is simplified and facilitated as before, the virtual DC link needs to connect the input phase and the output phase with virtually two lines, so all three input phases and three output phases are used. The connection states (six switching states of STATEs 19 to 24 in Table 1) cannot be expressed. Therefore, in the present invention, in order to make effective use of these six switching states, control is considered by a direct AC / AC conversion type modulation method using a space vector.

先述した基本ベクトルについて、表1に示すように6つのグループに分け、位相角30度の方向を正軸とした単振動ベクトルのグループを単振動ベクトルS1、位相角150度方向を正軸とした単振動ベクトルS2、位相角270度方向を正軸とした単振動ベクトルS3、長さは最大一定で反時計方向に回転する回転ベクトルR1、同じく長さ一定で時計方向に回転する回転ベクトルR2、および6角形の中心零点で固定された零ベクトルZ、以上6つのグループに分ける。これら各々の基本ベクトルは、入力電圧の位相θに依存、つまり入力電圧の角速度ωiに同期して変動する。また、ベクトルの長さ(6角形の大きさ)は入力線間電圧の大きさに対応する。 The basic vectors described above are divided into six groups as shown in Table 1, and the group of simple vibration vectors with the phase angle of 30 degrees as the positive axis is the simple vibration vector S1, and the phase angle of 150 degrees as the positive axis. A single vibration vector S2, a single vibration vector S3 having a phase angle of 270 degrees as a positive axis, a rotation vector R1 having a maximum length and rotating counterclockwise, and a rotation vector R2 having a constant length and rotating clockwise And the zero vector Z fixed at the hexagonal center zero, divided into the above six groups. Each of these basic vectors depends on the phase θ of the input voltage, that is, varies in synchronization with the angular velocity ω i of the input voltage. The length of the vector (hexagonal size) corresponds to the magnitude of the input line voltage.

一方、入力電流の空間ベクトルについても同様の考え方で定義することができる。図3は、出力電流位相φ=15度のときの入力電流の空間ベクトルを示しており、入力R相電流を静止α軸基準としている。交流−交流直接変換装置(マトリックスコンバータのような電源周波数より十分高い周波数でスイッチの切り替え制御するもの)は、出力電圧制御は入力電圧を切り刻んでPWM制御する電圧形インバータの要領で行い、入力電流制御は誘導性負荷を想定した出力電流(負荷電流)を切り刻んでPWM制御する電流形コンバータと同様になる。したがって、入力電流の空間ベクトルは出力電流位相φ、つまり出力電流の角速度ωoに依存して変動する基本ベクトルによって表現される。また、ベクトルの長さはそのときの負荷(出力電流の大きさ)に依存する。 On the other hand, the space vector of the input current can be defined in the same way. FIG. 3 shows a space vector of the input current when the output current phase φ = 15 degrees, and the input R-phase current is based on the stationary α axis. AC-AC direct conversion devices (such as matrix converters that control switching of switches at a frequency sufficiently higher than the power supply frequency) perform output voltage control in the manner of a voltage-type inverter that performs PWM control by chopping up the input voltage. The control is similar to a current source converter that performs PWM control by chopping an output current (load current) assuming an inductive load. Accordingly, the space vector of the input current is expressed by a basic vector that varies depending on the output current phase φ, that is, the angular velocity ω o of the output current. Further, the length of the vector depends on the load (the magnitude of the output current) at that time.

ここで、図2の出力電圧の空間ベクトルと、図3の入力電流の空間ベクトルの違いに着目する。表1で示したグループ分けは、図2の出力電圧の空間ベクトルを形成する基本ベクトルの種類に対応しており、図3の入力電流には対応していない。図4は、入力電流の空間ベクトル(左)と、出力電圧の空間ベクトル(右)を比較した例である(入力電圧位相θ=15度、出力電流位相φ=15度の場合)。図4(b)の出力電圧の空間ベクトルで単振動する基本ベクトルのグループは、図4(a)の入力電流の空間ベクトルでは同じ長さの基本ベクトルに展開される。図4の負荷条件/位相条件で例えると、出力電圧の基本ベクトルで30度方向の単振動ベクトルS1軸は、入力側では6方向の軸それぞれにおける最大長の基本ベクトルに展開されている(図中のiRTT,iSTT,iSRR,iTRR,iTSS,iRSS)。また、回転ベクトルに関しては、出力電流位相に従って回転し、軸の基準がずれているものの出力側と同様に、固定長ベクトルで表現される。   Here, attention is paid to the difference between the space vector of the output voltage in FIG. 2 and the space vector of the input current in FIG. The grouping shown in Table 1 corresponds to the types of basic vectors forming the output voltage space vector of FIG. 2, and does not correspond to the input current of FIG. FIG. 4 shows an example in which the space vector (left) of the input current is compared with the space vector (right) of the output voltage (when the input voltage phase θ = 15 degrees and the output current phase φ = 15 degrees). The group of basic vectors that oscillate with the output voltage space vector in FIG. 4B is expanded into the same length of the basic vector in the input current space vector in FIG. 4A. In the load condition / phase condition of FIG. 4, the simple vector S1 axis in the direction of 30 degrees in the basic vector of the output voltage is expanded to the maximum length basic vector in each of the six directions on the input side (see FIG. 4). IRTT, iSTT, iSRR, iTRR, iTSS, iRSS). The rotation vector is represented by a fixed-length vector as in the output side although it rotates according to the output current phase and the axis reference is shifted.

以下、本発明の実施形態になる直接AC−AC変換形の空間ベクトル変調方式について述べる。   A direct AC-AC conversion type space vector modulation system according to an embodiment of the present invention will be described below.

(実施形態1)
先述した従来の直接AC/AC変換形の空間ベクトル変調方式をベースに、出力電圧の誤差低減を最優先した手法を以下に説明する。
(Embodiment 1)
Based on the above-described conventional direct AC / AC conversion type space vector modulation system, a technique giving the highest priority to error reduction in output voltage will be described below.

図5は、直接AC/AC変換形の出力電圧の空間ベクトルについて、セクターを定義したものである。ここで、図中の出力セクター「1」(位相−30度〜+30度)に出力線間電圧指令ベクトルが存在する場合を例に挙げて説明する。図6は、出力セクター「1」における基本ベクトル(単振動ベクトル、回転ベクトルおよび零ベクトル)の状態を拡大して示したものである。図6において、反時計方向に位相が進むと考えて位相が遅れている単振動ベクトル軸をX軸、進んでいる単振動ベクトル軸をY軸と定義して、それぞれの軸で最大のものは添え字にmax、中間のものをmid、最小のものをminとしている(VXmax、VXmid、VXmin、VYmax、VYmid、VYmin)。零ベクトルVzは、コモンモード電圧を低減することを目的に、入力相電圧の中間電圧となる相を用いる(例えば、3相入力相電圧の瞬時値関係がVr(R相電圧)>Vs(S相電圧)>Vt(T相電圧)のとき、零ベクトルVzにはS相を用いた零ベクトルSSS:表1のSTATE26を用いる)。   FIG. 5 shows a sector defined for a space vector of a direct AC / AC conversion type output voltage. Here, the case where the output line voltage command vector exists in the output sector “1” (phase −30 degrees to +30 degrees) in the drawing will be described as an example. FIG. 6 is an enlarged view showing the state of the basic vector (single vibration vector, rotation vector, and zero vector) in the output sector “1”. In FIG. 6, a single vibration vector axis whose phase is delayed assuming that the phase advances counterclockwise is defined as an X axis, and a single vibration vector axis which is advanced is defined as a Y axis. The subscript is max, the middle one is mid, and the minimum is min (VXmax, VXmid, VXmin, VYmax, VYmid, VYmin). For the purpose of reducing the common mode voltage, the zero vector Vz uses a phase that is an intermediate voltage of the input phase voltage (for example, the instantaneous value relationship of the three-phase input phase voltage is Vr (R phase voltage)> Vs (S When phase voltage)> Vt (T phase voltage), zero vector Sz using S phase is used as zero vector Vz (STATE 26 in Table 1 is used).

また、直接AC−AC変換形による出力電圧の空間ベクトルにおいては、どのような状況でも回転ベクトルVrotが、必ず1つずつ各セクター内に存在する。8つの基本ベクトル(VXmax、VXmid、VXmin、VYmax、VYmid、VYmin、Vrot、Vz)には、表1で示す27つのスイッチングパターンの内、入力電圧の位相に依存してどれかが適用されることになる。   Moreover, in the space vector of the output voltage by the direct AC-AC conversion type, the rotation vector Vrot always exists in each sector one by one in any situation. Of the 27 switching patterns shown in Table 1, one of the eight basic vectors (VXmax, VXmid, VXmin, VYmax, VYmid, VYmin, Vrot, Vz) is applied depending on the phase of the input voltage. become.

非特許文献2では、電圧指令値ベクトルVo*と使用する基本ベクトルの位相差が最も低減できる手法として、単振動ベクトルの最大相(VXmaxもしくはVYmax)と回転ベクトルVrotと零ベクトルVzの3種を用いて変調している。なお、VXmaxとVYmaxの選択の仕方は、Vrotの位相と電圧指令値ベクトルVo*の位相を比較して、Vo*が反時計方向基準で進んでいるときはVYmaxを、遅れているときはVXmaxを使用するように選択している。つまり、常に60度よりも小さい位相差の基本ベクトルを使用することにより、モータ磁束ベクトル軌跡=トルク脈動への悪影響が極力低減できる、としている。   In Non-Patent Document 2, as a method that can reduce the phase difference between the voltage command value vector Vo * and the basic vector to be used most, three types of a single phase of a vibration vector (VXmax or VYmax), a rotation vector Vrot, and a zero vector Vz are used. Use to modulate. Note that VXmax and VYmax are selected by comparing the phase of Vrot with the phase of the voltage command value vector Vo *. When Vo * is advanced in the counterclockwise direction, VYmax is selected. When V * max is delayed, VXmax is selected. Have chosen to use. In other words, by always using a basic vector having a phase difference smaller than 60 degrees, the adverse effect on the motor magnetic flux vector locus = torque pulsation can be reduced as much as possible.

これに対し、本実施形態では8つの中から3つの基本ベクトルを用いて空間ベクトルを変調し、出力するPWMパルスの電圧落差に着目して、出力線間電圧の高調波低減を最優先している。   On the other hand, in this embodiment, the space vector is modulated using three basic vectors out of eight, and paying attention to the voltage drop of the PWM pulse to be output, the harmonic reduction of the output line voltage is given top priority. Yes.

いま、図7のような電圧指令値ベクトルVo*および基本ベクトル状態が与えられたとする。非特許文献2の手法であると、図7の状態においては、VXmax、Vrot、Vzの3つの基本ベクトルを使用してPWM制御するが、本実施形態では、図7の斜線部分で示す領域に指令値が存在することを判別し、VXmax、Vrot、およびVXmidを用いてPWM制御する。   Assume that a voltage command value vector Vo * and a basic vector state as shown in FIG. 7 are given. In the method of Non-Patent Document 2, PWM control is performed using three basic vectors VXmax, Vrot, and Vz in the state of FIG. 7, but in this embodiment, the region indicated by the hatched portion in FIG. It is determined that the command value exists, and PWM control is performed using VXmax, Vrot, and VXmid.

非特許文献2の従来法であると、電圧指令値Vo*の大きさは、Vz(すなわち零電圧)に対して大きな落差となり、PWMパルスも狭くて高い電圧となる。このようなパルスはデッドタイムの影響で出力時間が削られ、電圧誤差の原因となりやすいとともに、波高値の高いパルスであるために高調波も大きくなる。   In the conventional method of Non-Patent Document 2, the magnitude of the voltage command value Vo * is a large drop with respect to Vz (that is, zero voltage), and the PWM pulse is also narrow and high. The output time of such a pulse is reduced due to the influence of the dead time, and it is likely to cause a voltage error. Further, since the pulse has a high peak value, the harmonics also increase.

一方、本実施形態の手法であると、指令値に対して電圧落差の大きいVzの代わりに、電圧値が電圧指令値ベクトルVo*に近接したVXmidを用いているため、パルス幅が広くなり、電圧誤差を極力低減できるとともに、波高値を低く抑えることができるため、出力電圧の高調波を最小限に抑制できる。   On the other hand, in the method of the present embodiment, instead of Vz having a large voltage drop with respect to the command value, VXmid whose voltage value is close to the voltage command value vector Vo * is used. The voltage error can be reduced as much as possible, and the peak value can be kept low, so that the harmonics of the output voltage can be minimized.

図8は、本実施形態の手法を用いて、セクター内の領域D1〜D8に分けた様子を示している(出力セクター「1」の例)。3つの基本ベクトルを選択する際に、電圧指令値ベクトルVo*との電圧誤差の低減を最も優先させている。   FIG. 8 shows a state in which the areas D1 to D8 in the sector are divided using the method of the present embodiment (example of output sector “1”). When selecting three basic vectors, the highest priority is given to the reduction of voltage error from the voltage command value vector Vo *.

図9は、図8における領域D1〜D8の決定フローチャートの一例である。まず、電圧指令値とその位相情報から電圧指令値ベクトルVo*をX軸方向に分解した成分Vo*xとY軸方向に分解した成分Vo*yを求める。VXmidとVYmidを結ぶ線は、(1)−A式のように表現できるため、この左辺の値が1より大きいか小さいかを判別することで領域分けできる。すなわち、左辺の値が1より大きい場合は、領域D1〜D3のいずれかになり、1より小さい場合は領域D4〜D8のいずれかと分かる。   FIG. 9 is an example of a flowchart for determining the regions D1 to D8 in FIG. First, a component Vo * x that decomposes the voltage command value vector Vo * in the X-axis direction and a component Vo * y that decomposes in the Y-axis direction are obtained from the voltage command value and phase information thereof. Since the line connecting VXmid and VYmid can be expressed as in equation (1) -A, it can be divided into regions by determining whether the value on the left side is larger or smaller than 1. That is, when the value on the left side is larger than 1, it is one of the regions D1 to D3, and when it is smaller than 1, it can be recognized as one of the regions D4 to D8.

Figure 0004893152
Figure 0004893152

以下、図9に従い、(1)−B式が成立しかつ電圧指令値ベクトルVo*の位相が回転ベクトルVrot位相より小さい場合に電圧指令値ベクトルVo*をX軸方向とR軸方向(R軸:回転ベクトルVrotの位相を基準とした軸)に分解して(1)−Cが成立すれば領域D2,成立しなければ領域D3,等しいもしくは大きい場合に電圧指令値ベクトルVo*をY軸方向とR軸方向に分解して(1)−D式が成立すれば領域D1,成立しなければ領域D3,(1)−B式が成立せずかつ(1)−E式が成立すれば領域D8,(1)−H式が成立せず電圧指令値ベクトルVo*の位相がX軸寄りで(1)−F式もしくは(1)−G式が成立すれば領域D5、成立しなければ領域D7、電圧指令値ベクトルVo*のY軸寄りで(1)−H式もしくは(1)−I式が成立すれば領域D4,成立しなければ領域D6となり、D1〜D8の領域分けができる。この領域分けが完了すると、自動的に使用する3つの基本ベクトルが決定される。表2は、領域と使用するベクトルをまとめたものである。   Hereinafter, in accordance with FIG. 9, when the formula (1) -B is established and the phase of the voltage command value vector Vo * is smaller than the rotation vector Vrot phase, the voltage command value vector Vo * is changed to the X axis direction and the R axis direction (R axis). : The axis based on the phase of the rotation vector Vrot) (1) If the condition -C is established, the area D2, if not, the area D3, if not, the voltage command value vector Vo * is equal to or larger than the Y-axis direction. If the expression (1) -D is established by dividing in the R-axis direction, the area D1 is not established, and the area D3, (1) -B is not established and the (1) -E expression is established. Region D5 if D8, (1) -H equation is not established and the phase of voltage command value vector Vo * is close to the X axis and equation (1) -F or (1) -G is established, region D5 D7, near the Y axis of the voltage command value vector Vo * (1) -H It is (1) if -I equation satisfied region D4, does not hold area D6, and the can divided into regions of D1 to D8. When this area division is completed, three basic vectors to be automatically used are determined. Table 2 summarizes the regions and the vectors used.

Figure 0004893152
Figure 0004893152

表2により使用する3つの基本ベクトルが決定されたら、それらのデューティを演算する。3つの基本ベクトルで構成される3角形を考えて三角公式を利用、もしくは逆行列演算などから求めることができる。ここでは例として、逆行列演算の解法を述べる。   When the three basic vectors to be used are determined according to Table 2, their duties are calculated. Considering a triangle composed of three basic vectors, it can be obtained by using a trigonometric formula or by calculating an inverse matrix. Here, as an example, a method of inverse matrix calculation is described.

電圧指令値ベクトルVo*、および単振動ベクトルVXmax、VXmid、VXmin、VYmax、VYmid、VYmin、回転ベクトルVrot、零ベクトルVzをそれぞれ静止αβ軸上の値に分解し、添え字にα、βを付す。例えば電圧指令値ベクトルVo*が領域D3にあるときは、表2より、VXmid、VYmid、Vrotの3種を用いるので、(2)式に示す行列方程式が成り立つ。(VXmidのデューティをd1、VYmidのデューティをd2、Vrotのデューティをd3とおく。)   The voltage command value vector Vo * and the simple vibration vectors VXmax, VXmid, VXmin, VYmax, VYmid, VYmin, the rotation vector Vrot, and the zero vector Vz are each decomposed into values on the stationary αβ axis, and α and β are added to the subscripts. . For example, when the voltage command value vector Vo * is in the region D3, since three types of VXmid, VYmid, and Vrot are used from Table 2, the matrix equation shown in Equation (2) is established. (The duty of VXmid is d1, the duty of VYmid is d2, and the duty of Vrot is d3.)

Figure 0004893152
Figure 0004893152

求めたい解はデューティd1、d2、d3であるので、(3)式のような逆行列を利用して解くことができる。   Since the solutions to be obtained are the duties d1, d2, and d3, they can be solved using an inverse matrix such as the equation (3).

Figure 0004893152
Figure 0004893152

以上が本実施形態1におけるデューティ演算までのプロセスの説明であり、電圧指令値の大きさに近い基本ベクトルを選択して使用することで、非特許文献2の手法と比較して出力線間電圧のPWMパルスの電圧誤差を低減できる。   The above is the description of the process up to the duty calculation in the first embodiment. By selecting and using a basic vector close to the magnitude of the voltage command value, the output line voltage is compared with the method of Non-Patent Document 2. The voltage error of the PWM pulse can be reduced.

また、デッドタイム(半導体スイッチ切換の転流時間)でパルス出力時間が欠けることによる電圧誤差の低減に繋がる。これは、電圧指令値と似通った瞬時値を持つ基本ベクトルを使用することで、PWMパルスの高さを減少し、PWMパルス幅が広がるためである。   In addition, the dead time (commutation time for switching the semiconductor switch) leads to reduction of voltage error due to lack of pulse output time. This is because the use of a basic vector having an instantaneous value similar to the voltage command value reduces the PWM pulse height and widens the PWM pulse width.

(実施形態2)
実施形態1は、出力線間電圧のPWMパルスの電圧落差を最も低減して空間ベクトル変調する手段であるが、その際に使用する基本ベクトルの位相差は、図8における領域D1,D2を除き、60度位相差の基本ベクトルを用いている。このような基本ベクトルの位相差状態は非特許文献2で述べられているモータ磁束鎖交数ベクトル軌跡の脈動、すなわちモータトルクリップルや騒音に影響を与える。図8における領域D1,D2と同様に、常に60度位相差以下の基本ベクトルで空間ベクトルを構成するには、回転ベクトルVrotを常時利用しつつ、単振動ベクトルのX軸もしくはY軸のどちらか一方のみを用いる必要がある。以上を踏まえて領域分けすると、図10のように表現できる。
(Embodiment 2)
The first embodiment is a means for performing space vector modulation by reducing the voltage drop of the PWM pulse of the output line voltage to the maximum, but the phase difference of the basic vector used at that time is excluding the regions D1 and D2 in FIG. , A basic vector having a phase difference of 60 degrees is used. Such a phase difference state of the basic vectors affects the pulsation of the motor magnetic flux linkage number vector locus described in Non-Patent Document 2, that is, motor torque ripple and noise. As in the regions D1 and D2 in FIG. 8, in order to always construct a space vector with a basic vector having a phase difference of 60 degrees or less, either the X axis or the Y axis of the simple vibration vector is used while always using the rotation vector Vrot. Only one needs to be used. Based on the above, the areas can be divided as shown in FIG.

本実施形態では図10の領域D1〜D6分けに基づいて空間ベクトル変調することにより、常に60度位相差以下のベクトルを使用するとともに、電圧落差についてもなるべく低減できるように、電圧指令値ベクトルVo*に近い瞬時値の基本ベクトルを選択する。領域D1〜D6分けプロセスについては図11に決定フローチャートで示し、デューティ演算等は実施形態1と同様の考え方で導くことができる。   In this embodiment, by performing space vector modulation based on the regions D1 to D6 shown in FIG. 10, a voltage command value vector Vo is used so that a vector having a phase difference of 60 degrees or less is always used and a voltage drop can be reduced as much as possible. Select a basic vector of instantaneous values close to *. The region D1 to D6 division process is shown in a decision flowchart in FIG.

本実施形態では、常に60度位相差以下の基本ベクトルを使用することで、モータ負荷等の磁束鎖交数ベクトルの脈動を低減するとともに、60度位相差以下で電圧指令値ベクトルVo*の大きさに近い基本ベクトルを使用することで、電圧誤差の低減も可能となる。   In the present embodiment, by always using a basic vector having a phase difference of 60 degrees or less, the pulsation of the flux linkage vector such as a motor load is reduced, and the magnitude of the voltage command value vector Vo * is less than the phase difference of 60 degrees. By using a basic vector close to the above, it is possible to reduce the voltage error.

(実施形態3)
実施形態1の手法について、スイッチング回数の低減に着目して、各領域の基本ベクトルのスイッチングパターンの遷移を考える。電圧指令値ベクトルVo*がセクター「1」の中にあり、図12のような領域分けの状態を例に挙げる。スイッチングパターンの遷移を決定づける要素として、
<条件1>出力1相ごとに切り替わること(例:uvw:RTT→uvw:RSSは、V相とW相が同時にT→Sに切り替わっているため不可)
<条件2>入力相電圧の最大相と最小相間の直接転流がないこと(例:入力相電圧の相関係がR>S>Tの時、中間相=S相なので、R相とT相間のスイッチングは不可)
<条件3>コモンモード電圧を低減すること(入力相電圧の中間相で構成された零ベクトルを使用、R>S>TならばSSS)
以上3つの条件となる制御とする。表3は、図12における各領域D1〜D8において上述の制約条件を考慮したスイッチングパターンの遷移例である。領域D4〜D7においては、制約条件をクリアできる遷移パターンが存在せず、どうしても2相以上の同時スイッチングを引き起こしてしまい、スイッチング回数・損失の増加を伴う。
(Embodiment 3)
Regarding the method of the first embodiment, focusing on the reduction of the number of switching times, consider the transition of the switching pattern of the basic vector in each region. The voltage command value vector Vo * is in the sector “1”, and the region division state as shown in FIG. 12 is taken as an example. As an element that determines the transition of the switching pattern,
<Condition 1> Switching for each output phase (Example: uvw: RTT → uvw: RSS is not possible because V phase and W phase are switched from T to S at the same time)
<Condition 2> There is no direct commutation between the maximum phase and the minimum phase of the input phase voltage. (Example: When the phase relationship of the input phase voltage is R>S> T, the intermediate phase is the S phase. Cannot be switched)
<Condition 3> Reduce common mode voltage (use zero vector composed of intermediate phase of input phase voltage, SSS if R>S> T)
The control is the above three conditions. Table 3 is an example of transition of the switching pattern in consideration of the above-described constraint conditions in each of the regions D1 to D8 in FIG. In the regions D4 to D7, there is no transition pattern that can clear the constraint condition, and the simultaneous switching of two or more phases is inevitably caused, resulting in an increase in the number of switching times and loss.

Figure 0004893152
Figure 0004893152

そこで、本実施形態では、領域D4〜D7においては図12におけるSTT、STS(VXminとVYmin)を使用せずに、領域D4〜D7を一括してVXmid、VYmid、Vzの3種の基本ベクトルを用いて空間ベクトルを構成する。このときの領域分けは、図13のようになる。   Therefore, in this embodiment, the regions D4 to D7 do not use the STT and STS (VXmin and VYmin) in FIG. 12, and the regions D4 to D7 are collectively used as three basic vectors VXmid, VYmid, and Vz. To form a space vector. The area division at this time is as shown in FIG.

本実施形態を適用することにより、実施形態1より電圧誤差は大きくなる領域があるが、スイッチングに関しては最適なパターンで遷移することができるため、スイッチング回数を低減することができ、コモンモード電圧を低減して電圧落差の大きい転流を防止することができる。これにより、スイッチングによる損失の低減、発生ノイズの低減、絶縁劣化の抑制、高調波の抑制が可能となる。   By applying this embodiment, there is a region where the voltage error is larger than in the first embodiment, but since switching can be performed with an optimal pattern, the number of switching can be reduced, and the common mode voltage can be reduced. Thus, commutation with a large voltage drop can be prevented. Thereby, it is possible to reduce loss due to switching, reduce generated noise, suppress insulation deterioration, and suppress harmonics.

(実施形態4)
実施形態2の手法についても、スイッチング回数の低減に着目して、各領域の基本ベクトルのスイッチングパターンの遷移を考える。電圧指令値ベクトルVo*がセクター「1」の中にあり、図14のような領域分けの状態を例に挙げて説明する。実施形態3と同様にして、1相ごとのスイッチングと入力電圧の最大相と最小相間の直接転流防止を制約条件とした場合、図14の各領域のスイッチングパターンは表4のとおりである。
(Embodiment 4)
With regard to the method of the second embodiment as well, the transition of the basic vector switching pattern in each region is considered by focusing on the reduction in the number of switching times. The voltage command value vector Vo * is in the sector “1”, and description will be made by taking an example of the region division state as shown in FIG. As in the third embodiment, when the switching for each phase and the direct commutation prevention between the maximum phase and the minimum phase of the input voltage are set as the constraint conditions, the switching patterns of the respective regions in FIG.

Figure 0004893152
Figure 0004893152

この例では、領域D2、D3,D5のときに条件をクリアできるスイッチングパターンが存在しないため、以下のように領域分けを変更する。   In this example, since there is no switching pattern that can clear the condition in the areas D2, D3, and D5, the area division is changed as follows.

領域D2,D3は統合し、RSS、RTS、SSSのベクトルを用いてRTS→RSS→SSSもしくはSSS→RSS→RTSの順でスイッチングする。   The regions D2 and D3 are integrated and switched in the order of RTS → RSS → SSS or SSS → RSS → RTS using the RSS, RTS, and SSS vectors.

領域D5のときは、RTS、RTR、STSのベクトルを用いてRTR→RTS→STSもしくはSTS→RTS→RTRの順にスイッチングする。   In the region D5, switching is performed in the order of RTR → RTS → STS or STS → RTS → RTR using vectors of RTS, RTR, and STS.

以上のように、回転ベクトル(RTS)を利用しつつ、制約条件を満たす別の基本ベクトルを選択することでスイッチングを最適化する。   As described above, switching is optimized by selecting another basic vector that satisfies the constraint conditions while using the rotation vector (RTS).

本実施形態により、実施形態2の手法よりもスイッチング回数を低減しつつ、常に60度位相差以下の基本ベクトルを使用して磁束鎖交数ベクトル軌跡の脈動を極力低減し、電圧落差の大きい転流を防止することができる。これにより、損失の低減、発生ノイズの低減、絶縁劣化の抑制、高調波の抑制が可能となる。   According to the present embodiment, the number of switching times is reduced as compared with the method of the second embodiment, and the pulsation of the flux linkage vector locus is reduced as much as possible by always using a basic vector having a phase difference of 60 degrees or less so that Flow can be prevented. This makes it possible to reduce loss, reduce generated noise, suppress insulation deterioration, and suppress harmonics.

交流−交流直接変換装置の基本構成図。The basic block diagram of an alternating current-alternating current direct conversion apparatus. 出力電圧の基本空間ベクトル図。The basic space vector diagram of output voltage. 入力電流の基本空間ベクトル図。The basic space vector diagram of input current. 入力側空間ベクトル図(a)と出力側空間ベクトル図(b)。Input side space vector diagram (a) and output side space vector diagram (b). 空間ベクトルの「出力側」セクターの定義例。An example of defining the “output” sector of a space vector. 出力セクター「1」における基本空間ベクトルの状態図。The state diagram of the basic space vector in the output sector “1”. 電圧指令値ベクトルおよび基本電圧ベクトル状態図。Voltage command value vector and basic voltage vector state diagram. セクター内の領域D1〜D8の例。An example of areas D1 to D8 in a sector. 領域D1〜D8の決定フローチャートの例。The example of the determination flowchart of area | region D1-D8. セクター内の領域分けの例。An example of area division within a sector. 領域D1〜D6の決定フローチャートの例。The example of the determination flowchart of area | region D1-D6. セクター内の領域D1〜D8分けの例。An example of dividing the areas D1 to D8 in the sector. セクター内の領域分けの例。An example of area division within a sector. セクター内の領域D1〜D8分けの例。An example of dividing the areas D1 to D8 in the sector.

符号の説明Explanation of symbols

1 交流電源
2 入力LCフィルタ
3 交流−交流直接変換回路
4 制御装置
1 AC power supply 2 Input LC filter 3 AC-AC direct conversion circuit 4 Control device

Claims (4)

多相の交流電源から交流−交流直接変換器の双方向スイッチを直接AC/AC変換形の空間ベクトルによる変調でPWM制御する交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法であって、
多相交流出力の線間電圧を2相の静止αβ軸上に展開したベクトルの状態を、線間電圧指令値ベクトルVo*が存在するセクターの位相が遅れている単振動ベクトル軸をX軸、進んでいる単振動ベクトル軸をY軸と定義して、それぞれの軸で最大のベクトルVXmax、VYmaxと、中間のベクトルVXmid、VYmidと、最小のベクトルVXmin、VYminと、相電圧の中間電圧となる零ベクトルVzと、セクター内に1つ存在する回転ベクトルVrotを基本ベクトルとし、これら8つの基本ベクトルによってセクター内を8つの領域D1〜D8に分け、
線間電圧指令値ベクトルVo*が前記領域D1〜D8のいずれの領域にあるかによってPWM制御に使用する3つの前記基本ベクトルを決定し、かつ線間電圧指令ベクトル値Vo*から前記3つの基本ベクトルのデューティを決定して空間ベクトルとすることを特徴とする交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
A space vector modulation method for an AC-AC direct conversion device that PWM-controls a bidirectional switch of an AC-AC direct converter from a polyphase AC power source by modulation with a direct AC / AC conversion type space vector,
The state of the vector in which the line voltage of the polyphase AC output is expanded on the two-phase stationary αβ axis, the single vibration vector axis in which the phase of the sector where the line voltage command value vector Vo * exists is delayed on the X axis, The advancing single vibration vector axis is defined as the Y axis, and the maximum vectors VXmax and VYmax, the intermediate vectors VXmid and VYmid, the minimum vectors VXmin and VYmin, and the intermediate voltages of the phase voltages are defined on the respective axes. The zero vector Vz and one rotation vector Vrot existing in the sector are set as basic vectors, and the eight basic vectors divide the sector into eight regions D1 to D8.
The three basic vectors used for PWM control are determined depending on which of the regions D1 to D8 the line voltage command value vector Vo * is in, and the three basic vectors are determined from the line voltage command vector value Vo *. A space vector modulation method for an AC-AC direct conversion device, characterized in that a vector duty is determined to be a space vector.
前記基本ベクトルの決定は、常に60度位相差以下のベクトルを使用するとともに、線間電圧指令値ベクトルVo*の大きさに近い瞬時値の基本ベクトルとすることを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。   2. The basic vector is determined using a vector having a phase difference of 60 degrees or less at all times, and an instantaneous basic vector close to the magnitude of the line voltage command value vector Vo *. Vector-to-AC direct conversion device space vector modulation method. 前記各領域D1〜D8を決定する基本ベクトルのスイッチング状態遷移条件として、<条件1>出力1相ごとに切り替わること、<条件2>入力最大相と最小相間の直接転流がないこと、<条件3>コモンモード電圧を低減することの各条件をクリアできる遷移パターンが存在しない領域D4〜D7を一括して前記ベクトルVXmid、VYmid、Vzの3種を用いて空間ベクトルを構成することを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。   As a switching state transition condition of the basic vector for determining each of the regions D1 to D8, <condition 1> switching for each output phase, <condition 2> no direct commutation between the input maximum phase and the minimum phase, <condition 3> A space vector is configured by collectively using the three types of vectors VXmid, VYmid, and Vz in regions D4 to D7 that do not have transition patterns that can satisfy each condition for reducing the common mode voltage. A space vector modulation method for an AC-AC direct conversion device according to claim 1. 前記各領域D1〜D8を決定する基本ベクトルのスイッチング状態遷移条件として、入力最大相と最小相間の直接転流がないことの条件をクリアできる遷移パターンが存在しない領域D2、D3、D5のうち、領域D2,D3は統合して前記回転ベクトルを利用して別の基本ベクトルを選択し、領域D5は前記回転ベクトルを利用して別の基本ベクトルを選択することを特徴とする請求項1に記載の交流−交流直接変換装置の空間ベクトル変調方法。
Among the regions D2, D3, and D5 in which there is no transition pattern that can clear the condition that there is no direct commutation between the input maximum phase and the minimum phase as the switching state transition condition of the basic vector that determines each of the regions D1 to D8, 2. The region D2 and D3 are integrated to select another basic vector using the rotation vector, and the region D5 is used to select another basic vector using the rotation vector. Vector-to-AC direct conversion device space vector modulation method.
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