JP6131360B1 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP6131360B1
JP6131360B1 JP2016063567A JP2016063567A JP6131360B1 JP 6131360 B1 JP6131360 B1 JP 6131360B1 JP 2016063567 A JP2016063567 A JP 2016063567A JP 2016063567 A JP2016063567 A JP 2016063567A JP 6131360 B1 JP6131360 B1 JP 6131360B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
neutral point
voltage command
command value
current
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2016063567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017184309A (en
Inventor
正宏 菅原
正宏 菅原
博行 一瀬
博行 一瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd filed Critical Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority to JP2016063567A priority Critical patent/JP6131360B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6131360B1 publication Critical patent/JP6131360B1/en
Publication of JP2017184309A publication Critical patent/JP2017184309A/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

【課題】中性点電位の変動を抑制することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】直流電源1の正極側と負極側との間に互いに直列に接続され、接続点を中性点とする正極側コンデンサ11および負極側コンデンサ12を有し、直流電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給する3レベルインバータ10と、モータに流れる電流を出力電流として検出する電流検出部16と、モータの回転数をモータ回転数として検出する回転数検出部17と、出力電流およびモータ回転数を用いて、3レベルインバータに対する出力電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、正極側コンデンサおよび負極側コンデンサの電圧を正極側電圧および負極側電圧として検出する電圧検出部14と、正極側電圧と負極側電圧との電位差、出力電流の極性および出力電圧指令値の極性に基づいて、電位差が小さくなるように、出力電圧指令値を補償する中性点電位制御部と、を備える。【選択図】図1A power converter capable of suppressing fluctuations in neutral point potential is provided. A DC power source includes a positive electrode side capacitor and a negative electrode side capacitor that are connected in series between a positive electrode side and a negative electrode side of a DC power source and have a connection point as a neutral point. Level inverter 10 that converts AC power into AC power and supplies it to the motor, a current detector 16 that detects the current flowing through the motor as an output current, and a rotational speed detector 17 that detects the rotational speed of the motor as the motor rotational speed, A voltage command calculation unit that calculates an output voltage command value for the three-level inverter using the output current and the motor rotation speed, and voltage detection that detects the voltages of the positive side capacitor and the negative side capacitor as the positive side voltage and the negative side voltage Based on the potential difference between the positive electrode side voltage and the negative side voltage, the polarity of the output current, and the polarity of the output voltage command value, the potential difference is reduced. And a neutral point potential control unit for compensating an output voltage command value. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、3レベルインバータを用いた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device using a three-level inverter.

従来から、ゼロとプラス側との間で変化する三角波およびゼロとマイナス側との間で変化する三角波である2つの搬送波と、出力電圧指令値である変調波とを比較し、比較結果の大小関係に基づいて、スイッチング素子をオンまたはオフするためのゲート信号を生成し、ゲート信号に応じて3レベルインバータを制御する電力変換装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, two carrier waves, which are a triangular wave that changes between zero and the positive side and a triangular wave that changes between zero and the negative side, are compared with the modulated wave that is the output voltage command value. A power conversion device that generates a gate signal for turning on or off a switching element based on the relationship and controls a three-level inverter according to the gate signal is known (see, for example, Patent Document 1).

特開平1−47277号公報JP-A-1-47277

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、3相3レベルインバータで中性点電位を出力する場合には、スイッチング素子のスイッチング状態により、正極側コンデンサが充電される期間と負極側コンデンサが充電される期間とがあり、中性点電位が出力周波数の3倍周波数で変化することが知られている。
However, the prior art has the following problems.
That is, when a neutral point potential is output by a three-phase three-level inverter, there are a period during which the positive-side capacitor is charged and a period during which the negative-side capacitor is charged depending on the switching state of the switching element. It is known that the potential changes at a frequency three times the output frequency.

なお、中性点電位が変動すると、各スイッチング素子およびコンデンサの電圧負担が不平衡となり、コンデンサの過電圧破壊を引き起こす恐れがある。また、モータ負荷の場合、中性点電位が変動することにより、出力電圧の振幅に誤差が生じるため、出力電流が歪み、トルクの脈動が増大する恐れがある。   When the neutral point potential fluctuates, the voltage burden on each switching element and the capacitor becomes unbalanced, which may cause overvoltage breakdown of the capacitor. Further, in the case of a motor load, an error occurs in the amplitude of the output voltage due to fluctuations in the neutral point potential, so that the output current may be distorted and torque pulsation may increase.

ここで、過電圧破壊を防止するためには、コンデンサの耐圧を大きくする必要がある。また、中性点電位の変動を抑制するためには、コンデンサの静電容量を大きくする必要がある。これらは、コンデンサの体積が増えて装置が大型化し、装置のコストが高くなるという問題がある。   Here, in order to prevent overvoltage breakdown, it is necessary to increase the breakdown voltage of the capacitor. Moreover, in order to suppress the fluctuation of the neutral point potential, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor. These have the problem that the volume of the capacitor increases, the size of the device increases, and the cost of the device increases.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、中性点電位の変動を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a power conversion device that can suppress fluctuations in neutral point potential.

この発明に係る電力変換装置は、直流電源の正極側と負極側との間に互いに直列に接続され、接続点を中性点とする正極側コンデンサおよび負極側コンデンサを有し、直流電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給する3レベルインバータと、モータに流れる電流を出力電流として検出する電流検出部と、モータの回転数をモータ回転数として検出する回転数検出部と、出力電流およびモータ回転数を用いて、3レベルインバータに対する出力電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、正極側コンデンサおよび負極側コンデンサの電圧を正極側電圧および負極側電圧として検出する電圧検出部と、正極側電圧と負極側電圧との電位差、出力電流の極性および出力電圧指令値の極性に基づいて、電位差が小さくなるように、出力電圧指令値を補償する中性点電位制御部と、補償後の出力電圧指令値に基づいて、3レベルインバータのゲート信号を生成するPWM生成部と、を備え、中性点電位制御部は、3レベルインバータの各相について、出力電圧指令値を補償するものである。 The power conversion device according to the present invention includes a positive-side capacitor and a negative-side capacitor that are connected in series between a positive electrode side and a negative electrode side of a DC power source and that have a connection point as a neutral point. A three-level inverter that converts DC power into AC power and supplies it to the motor, a current detector that detects the current flowing through the motor as an output current, a rotational speed detector that detects the rotational speed of the motor as a motor rotational speed, A voltage command calculation unit that calculates an output voltage command value for the three-level inverter using the output current and the motor rotation speed, and a voltage detection unit that detects the voltages of the positive side capacitor and the negative side capacitor as the positive side voltage and the negative side voltage Output voltage so as to reduce the potential difference based on the potential difference between the positive side voltage and the negative side voltage, the polarity of the output current, and the polarity of the output voltage command value. And the neutral point potential control unit for compensating the command value, based on the output voltage command value after compensation, a PWM generating unit for generating a gate signal of the 3-level inverter, comprising a neutral point potential control unit, 3 The output voltage command value is compensated for each phase of the level inverter .

この発明に係る電力変換装置によれば、中性点電位制御部は、接続点を中性点として互いに直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサにおける正極側電圧と負極側電圧との電位差、3レベルインバータの出力電流の極性、および3レベルインバータに対する出力電圧指令値の極性に基づいて、正極側電圧と負極側電圧との電位差が小さくなるように、出力電圧指令値を補償する。
そのため、中性点電位の変動を抑制することができる。
According to the power conversion device of the present invention, the neutral point potential control unit is configured such that the potential difference between the positive side voltage and the negative side voltage in the positive side capacitor and the negative side capacitor connected in series with each other as the neutral point. Based on the polarity of the output current of the three-level inverter and the polarity of the output voltage command value for the three-level inverter, the output voltage command value is compensated so that the potential difference between the positive side voltage and the negative side voltage becomes small.
Therefore, fluctuations in the neutral point potential can be suppressed.

この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の3レベルインバータを、直流電源およびモータとともに示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 3 level inverter of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention with a DC power supply and a motor. この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の制御部を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the control part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のPWM生成部の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of the PWM production | generation part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)、(b)は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の中性点電位制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。(A), (b) is a timing chart for demonstrating operation | movement of the neutral point electric potential control part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)〜(d)は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の中性点電位制御部の動作を説明するための別のタイミングチャートである。(A)-(d) is another timing chart for demonstrating operation | movement of the neutral point electric potential control part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 中性点電位の変動を抑制しない場合のシミュレーション結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simulation result in case the fluctuation | variation of a neutral point electric potential is not suppressed. この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のシミュレーション結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the simulation result of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のシミュレーション結果を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the simulation result of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention.

以下、この発明に係る電力変換装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a power conversion device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.

まず、実施の形態の説明に先立って、この発明に係る電力変換装置の概要について説明する。この発明の電力変換装置は、3レベルインバータに出力される出力電圧指令値の極性および3レベルインバータの出力電流(中性点電流)の極性から、中性点電位の変動を抑制するように、各相の出力電圧指令値を補償するものである。   First, prior to description of the embodiments, an outline of a power conversion device according to the present invention will be described. From the polarity of the output voltage command value output to the three-level inverter and the polarity of the output current (neutral point current) of the three-level inverter, the power conversion device of the present invention suppresses fluctuations in the neutral point potential. It compensates the output voltage command value of each phase.

言い換えると、中性点電位の変動を抑制するように、中性点電流を制御するものである。中性点電流の制御は、3レベルインバータの正極側コンデンサおよび負極側コンデンサの電圧を検出し、電位差の状態に応じて、中性点電流を増減させる方針に基づき、中性点電位の変動を抑制するように実行される。   In other words, the neutral point current is controlled so as to suppress the fluctuation of the neutral point potential. Neutral point current control is based on the policy of detecting the voltages of the positive and negative capacitors of the 3-level inverter and increasing or decreasing the neutral point current according to the potential difference. It is executed to suppress.

具体的には、中性点電流を増減させる方針に基づいて、中性点素子並びに正極側および負極側素子のオン時間を調整する。このとき、中性点素子並びに正極側および負極側素子のオン時間を調整するために、出力電圧指令値を補償する。これを3相のそれぞれについて、個別に実行する。   Specifically, the on-time of the neutral point element and the positive electrode side and negative electrode side elements is adjusted based on a policy of increasing or decreasing the neutral point current. At this time, the output voltage command value is compensated in order to adjust the on-time of the neutral point element and the positive electrode side and negative electrode side elements. This is performed individually for each of the three phases.

これにより、中性点電位の変動が抑制され、電圧負担の不平衡が改善されるので、コンデンサの耐圧や静電容量を不要に大きくする必要がなく、コストを低減するとともに、装置を小型化することができる。また、3レベルインバータの出力電圧歪みも改善され、モータのトルクリプル等を抑制することができるので、インバータの制御性能向上に繋がる。なお、出力電圧指令値を補償することから、V/F制御、ベクトル制御等、制御種類によらず適用することができる。   As a result, fluctuations in the neutral point potential are suppressed and voltage imbalance is improved, so there is no need to unnecessarily increase the withstand voltage and capacitance of the capacitor, reducing costs and downsizing the device. can do. Further, the output voltage distortion of the three-level inverter is also improved, and the torque ripple of the motor can be suppressed, which leads to improvement of the inverter control performance. Since the output voltage command value is compensated, it can be applied regardless of the control type, such as V / F control and vector control.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の3レベルインバータを、直流電源およびモータとともに示す回路図である。図1において、3レベルインバータ10は、中性点が接地された直流電源1とモータ2とに接続されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a circuit diagram showing a three-level inverter of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention, together with a DC power supply and a motor. In FIG. 1, a three-level inverter 10 is connected to a DC power source 1 and a motor 2 whose neutral points are grounded.

3レベルインバータ10は、直流電源1の正極側と負極側との間に互いに直列に接続され、接続点を中性点とする正極側コンデンサ11および負極側コンデンサ12と、1相あたり4個のスイッチング素子Q〜Qで構成された3相分のアーム13とを備え、直流電源1からの直流電力を交流電力に変換してモータ2に供給する。 The three-level inverter 10 is connected in series between the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power source 1, and includes a positive electrode capacitor 11 and a negative electrode capacitor 12 having a connection point as a neutral point, and four capacitors per phase. A three-phase arm 13 composed of switching elements Q 1 to Q 4 , and converts DC power from the DC power source 1 into AC power and supplies it to the motor 2.

ここで、1相分のアーム13を構成する4個のスイッチング素子は、中性点に双方向スイッチとして接続された2個の中性点素子Q、Qと、直流電源1の正極側と負極側との間に互いに直列に接続された正極側素子Qおよび負極側素子Qとを有し、これにより3レベルを実現している。 Here, the four switching elements constituting the arm 13 for one phase include two neutral point elements Q 3 and Q 4 connected as a bidirectional switch to the neutral point, and the positive side of the DC power supply 1. and and a positive electrode side element Q 1 and the negative electrode side element Q 2 to which are connected in series between the negative electrode side, this is achieved by three levels.

また、3レベルインバータ10には、正極側コンデンサ11および負極側コンデンサ12の電圧を正極側電圧Vc1および負極側電圧Vc2としてそれぞれ検出する電圧センサ14、15が設けられている。また、3レベルインバータ10には、モータ2に流れる電流を出力電流として検出する電流センサ16と、モータ2の回転数をモータ回転数として検出する回転数センサ17とが設けられている。 The three-level inverter 10 is provided with voltage sensors 14 and 15 that detect the voltages of the positive side capacitor 11 and the negative side capacitor 12 as the positive side voltage V c1 and the negative side voltage V c2 , respectively. Further, the three-level inverter 10 is provided with a current sensor 16 that detects a current flowing through the motor 2 as an output current, and a rotation speed sensor 17 that detects a rotation speed of the motor 2 as a motor rotation speed.

図2は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の制御部を示すブロック構成図である。図2において、この制御部は、ベクトル制御部20、中性点電位制御部30およびPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)生成部40から構成されている。   FIG. 2 is a block configuration diagram showing a control unit of the power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the control unit includes a vector control unit 20, a neutral point potential control unit 30, and a PWM (Pulse Width Modulation) generation unit 40.

ベクトル制御部20は、電流センサ16で検出された出力電流、回転数センサ17で検出されたモータ回転数、並びに上位制御系から入力されるモータ回転数指令値およびd軸電流指令値を用いて、3レベルインバータ10に対する出力電圧指令値を演算する。また、ベクトル制御部20は、速度制御器21、電源周波数演算部22、3相/dq軸座標変換部23、電流制御器24、25およびdq軸/3相座標変換部26を有している。   The vector control unit 20 uses the output current detected by the current sensor 16, the motor rotational speed detected by the rotational speed sensor 17, and the motor rotational speed command value and the d-axis current command value input from the host control system. An output voltage command value for the three-level inverter 10 is calculated. The vector control unit 20 includes a speed controller 21, a power supply frequency calculation unit 22, a three-phase / dq axis coordinate conversion unit 23, current controllers 24 and 25, and a dq axis / three-phase coordinate conversion unit 26. .

速度制御器21は、上位制御系から入力されるモータ回転数指令値Wr*と回転数センサ17で検出されたモータ回転数Wrとの偏差が零になるように、PI制御等でq軸電流指令値Iq*を生成する。   The speed controller 21 performs q-axis current by PI control or the like so that the deviation between the motor rotational speed command value Wr * input from the host control system and the motor rotational speed Wr detected by the rotational speed sensor 17 becomes zero. Command value Iq * is generated.

電源周波数演算部22は、上位制御系から入力されるd軸電流指令値Id*、q軸電流指令値Iq*、モータ回転数Wrおよび二次時定数τr(モータ定数)に基づいて、dq軸/3相座標変換で必要になる位相角θを演算する。   The power supply frequency calculation unit 22 generates a dq axis based on the d-axis current command value Id *, the q-axis current command value Iq *, the motor rotation speed Wr, and the secondary time constant τr (motor constant) input from the host control system. / A phase angle θ required for three-phase coordinate conversion is calculated.

3相/dq軸座標変換部23は、電源周波数演算部22で演算された位相角θを用いて、電流センサ16で検出された出力電流I、I、Iを座標変換し、d軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqを出力する。 The three-phase / dq-axis coordinate conversion unit 23 uses the phase angle θ calculated by the power supply frequency calculation unit 22 to perform coordinate conversion of the output currents I u , I v , I w detected by the current sensor 16, and d The axis current detection value Id and the q axis current detection value Iq are output.

電流制御器24は、d軸電流指令値Id*とd軸電流検出値Idとの偏差が零となるよう、PI制御等でd軸電圧指令値Vd*を生成する。また、電流制御器25は、q軸電流指令値Iq*とq軸電流検出値Iqとの偏差が零となるよう、PI制御等でq軸電圧指令値Vq*を生成する。   The current controller 24 generates the d-axis voltage command value Vd * by PI control or the like so that the deviation between the d-axis current command value Id * and the d-axis current detection value Id becomes zero. Further, the current controller 25 generates the q-axis voltage command value Vq * by PI control or the like so that the deviation between the q-axis current command value Iq * and the q-axis current detection value Iq becomes zero.

dq軸/3相座標変換部26は、電源周波数演算部22で演算された位相角θを用いて、電流制御器24からのd軸電圧指令値Vd*および電流制御器25からのq軸電圧指令値Vq*を座標変換し、3相の出力電圧指令値V*、V*、V*を出力する。 The dq-axis / 3-phase coordinate conversion unit 26 uses the phase angle θ calculated by the power supply frequency calculation unit 22 and the d-axis voltage command value Vd * from the current controller 24 and the q-axis voltage from the current controller 25. The command value Vq * is coordinate-converted, and three-phase output voltage command values V u *, V v *, and V w * are output.

中性点電位制御部30は、極性判別部31、極性判別部32および電圧指令補償演算部33を有している。極性判別部31は、出力電流I、I、Iの各相について、値が正であるか負であるかを判別する。極性判別部32は、出力電圧指令値V*、V*、V*の各相について、値が正であるか負であるかを判別する。 The neutral point potential control unit 30 includes a polarity determination unit 31, a polarity determination unit 32, and a voltage command compensation calculation unit 33. The polarity determining unit 31 determines whether the value is positive or negative for each phase of the output currents I u , I v , and I w . The polarity discriminating unit 32 discriminates whether the value is positive or negative for each phase of the output voltage command values V u *, V v *, and V w *.

電圧指令補償演算部33は、正極側電圧Vc1と負極側電圧Vc2との電位差ΔV、直流電源1の電圧Ed/2、出力電流I、I、Iの極性、および出力電圧指令値V*、V*、V*の極性に基づいて、電位差ΔVが小さくなるように、出力電圧指令値V*、V*、V*を補償し、補償後の出力電圧指令値Vuu*、Vvv*、Vww*を出力する。なお、電圧指令補償演算部33の詳細な制御については、後述する。 The voltage command compensation calculation unit 33 includes a potential difference ΔV between the positive side voltage V c1 and the negative side voltage V c2 , the voltage Ed / 2 of the DC power supply 1, the polarities of the output currents I u , I v , I w , and the output voltage command Based on the polarities of the values V u *, V v *, V w *, the output voltage command values V u *, V v *, V w * are compensated so that the potential difference ΔV becomes smaller, and the output voltage after compensation Command values V uu *, V vv *, and V www * are output. The detailed control of the voltage command compensation calculation unit 33 will be described later.

PWM生成部40は、補償後の出力電圧指令値Vuu*、Vvv*、Vww*に基づいて、3レベルインバータ10のゲート信号を生成する。ここで、PWM生成部40は、ゼロとプラス側との間で変化する三角波およびゼロとマイナス側との間で変化する三角波である2つのキャリアと、出力電圧指令値を定格直流電圧Ed/2で規格化した変調率aとを比較し、比較結果に基づいて、スイッチング素子Q〜Qをオンまたはオフするためのゲート信号を生成する。 The PWM generator 40 generates a gate signal of the three-level inverter 10 based on the compensated output voltage command values V uu *, V vv *, and V ww *. Here, the PWM generation unit 40 converts the output voltage command value to the rated DC voltage Ed / 2, two carriers that are a triangular wave that changes between zero and the plus side, and a triangular wave that changes between the zero and the minus side. Is compared with the modulation factor a standardized in step (b), and a gate signal for turning on or off the switching elements Q 1 to Q 4 is generated based on the comparison result.

図3は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のPWM生成部の動作を説明するためのタイミングチャートである。図3では、キャリアと変調率aとの関係、スイッチング素子Q〜Qの動作およびこのときの3レベルインバータ10からの出力電圧(相電圧)を、u相について示している。 FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the PWM generator of the power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, the relationship between the carrier and the modulation factor a, the operation of the switching elements Q 1 to Q 4 and the output voltage (phase voltage) from the three-level inverter 10 at this time are shown for the u phase.

図3において、変調率aが正である場合には、変調率aがキャリアよりも大きいときに、スイッチング素子Qがオンし、スイッチング素子Qがオフする。このとき、スイッチング素子Qは、常時オン状態である。 In Figure 3, when the modulation factor a is positive, when the modulation factor a is larger than the carrier, the switching element Q 1 is turned on, the switching element Q 3 is turned off. At this time, the switching element Q 4 are a normally on.

これに対して、変調率aが負である場合には、変調率aがキャリアよりも小さいときに、スイッチング素子Qがオンし、スイッチング素子Qがオフする。このとき、スイッチング素子Qは、常時オン状態である。 In contrast, when the modulation factor a is negative, when the modulation factor a is less than the carrier, the switching element Q 2 is turned on, the switching element Q 4 is turned off. At this time, the switching element Q 3 are always in the ON state.

続いて、図4、5を参照しながら、電圧指令補償演算部33の詳細な制御について説明する。図4(a)、(b)は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の中性点電位制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。また、図5(a)〜(d)は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の中性点電位制御部の動作を説明するための別のタイミングチャートである。   Next, detailed control of the voltage command compensation calculation unit 33 will be described with reference to FIGS. FIGS. 4A and 4B are timing charts for explaining the operation of the neutral point potential control unit of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. FIGS. 5A to 5D are other timing charts for explaining the operation of the neutral point potential control unit of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.

最初に、電圧指令補償式の導出について説明する。以下、3レベルインバータ10のu相、v相、w相をまとめてu,v,wと記載する。   First, derivation of the voltage command compensation formula will be described. Hereinafter, the u phase, the v phase, and the w phase of the three-level inverter 10 are collectively referred to as u, v, and w.

まず、正極側電圧Vc1と負極側電圧Vc2との電位差ΔV≠0である場合、スイッチング素子Q〜Qの状態に応じて、3レベルインバータ10からの出力電圧は、以下の3つに分けられる。 First, when the potential difference ΔV ≠ 0 between the positive electrode side voltage V c1 and the negative electrode side voltage V c2 , the output voltage from the three-level inverter 10 is as follows according to the states of the switching elements Q 1 to Q 4. It is divided into.

状態1:Eu,v,w=Ed/2 (1)
状態2:Eu,v,w=−Ed/2 (2)
状態3:Eu,v,w=ΔV (3)
State 1: E u, v, w = Ed / 2 (1)
State 2: E u, v, w = −Ed / 2 (2)
State 3: E u, v, w = ΔV (3)

ここで、U相における状態1、状態2、状態3について説明する。状態1は、正極側のスイッチング素子Qのみがオンしている状態を示し、状態2は、負極側のスイッチング素子Qのみがオンしている状態を示し、状態3は、中性点のスイッチング素子Q、Qのみがオンしている状態を示している。V相、W相に関しても、各相のQ、Q、Q、Qに対応するスイッチング素子がオンしている状態を、状態1、状態2、状態3で示している。 Here, State 1, State 2, and State 3 in the U phase will be described. State 1 shows a state in which only the switching element to Q 1 positive side is turned on, state 2 shows a state in which only the switching element Q 2 on the negative electrode side is turned on, the state 3, the neutral point Only the switching elements Q 3 and Q 4 are turned on. Regarding the V phase and the W phase, the states in which the switching elements corresponding to Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 of each phase are turned on are shown as state 1, state 2, and state 3.

また、図1より、Ed/2−Vc1−ΔV=0、ΔV−Vc2+Ed/2=0が成立することから、正極側電圧Vc1と負極側電圧Vc2との電位差ΔVは、次式(4)で表される。 Further, from FIG. 1, since Ed / 2−V c1 −ΔV = 0 and ΔV−V c2 + Ed / 2 = 0, the potential difference ΔV between the positive side voltage V c1 and the negative side voltage V c2 is It is represented by Formula (4).

Figure 0006131360
Figure 0006131360

式(4)より、ΔV≠0の場合において、出力電圧指令値Vu,v,w*通りの出力電圧Eu,v,wを出力するために、変調率aをどのように制御すればよいか考える。言い換えると、スイッチング素子のデューティー比、オン時間をどのように制御するかを考える。 From equation (4), when ΔV ≠ 0, in order to output the output voltage command values V u, v, w * output voltages E u, v, w , how is the modulation factor a controlled? Think about it. In other words, consider how to control the duty ratio and on-time of the switching element.

まず、図4(a)に示された、変調率a>0(Vu,v,w*>0)の場合について考える。なお、上述したように、変調率aは、出力電圧指令値Vu,v,w*を規格化したものであることから、出力電圧指令値Vu,v,w*と同義と考えることができる。また、図4(a)では、変調率aの周期に対し、キャリア周期Tは非常に短いことから、変調率aは直線として扱うことができる。 First, consider the case of modulation rate a> 0 (V u, v, w ** 0) shown in FIG. As described above, the modulation factor a, the output voltage instruction value V u, v, since it is obtained by normalizing the w *, the output voltage command value V u, v, be considered to w * synonymous it can. In FIG. 4A, since the carrier period T is very short with respect to the period of the modulation factor a, the modulation factor a can be treated as a straight line.

図4(a)より、1キャリア周期Tの出力電圧Eu,v,wの平均値Eaveu,v,wは、状態1のEu,v,w=Ed/2と状態3のEu,v,w=ΔVとを組み合わせた値として、次式で表される。なお、この式において、T/Tは、変調率aを直線として扱っていることから、aに置き換えることができる。 Fig. 4 (a), the output voltage E u of 1 carrier period T, v, the average value Eave u of w, v, w are, E u of state 1, v, w = Ed / 2 and state 3 E u , V, w = ΔV and is expressed by the following equation. In this equation, T 1 / T can be replaced with a because the modulation factor a is treated as a straight line.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

続いて、この式において、Eaveu,v,w=Vu,v,w*とするために、平均値Eaveu,v,wを出力電圧指令値Vu,v,w*に置き換え、変調率aについて解くと、次式が得られる。 Subsequently, in this formula, in order to set Eave u, v, w = V u, v, w *, the average value Eave u, v, w is replaced with the output voltage command value V u, v, w *, and the modulation is performed. Solving for rate a yields:

Figure 0006131360
さらに、この式を展開すると、次式(5)が得られる。
Figure 0006131360
Furthermore, when this equation is expanded, the following equation (5) is obtained.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

式(5)において、ΔV>0である場合には、第2項が常に正の値になることから、変調率aは、小さくなる方向に補正される。これに対して、変調率aを大きくしたいときには、式(5)の第2項の制御量だけ出力電圧指令値を補償することとし、次式(5)’が得られる。   In equation (5), when ΔV> 0, the second term is always a positive value, and therefore the modulation factor a is corrected in a decreasing direction. On the other hand, when it is desired to increase the modulation factor a, the output voltage command value is compensated by the control amount of the second term of the equation (5), and the following equation (5) 'is obtained.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

次に、図4(b)に示された、変調率a<0(Vu,v,w*<0)の場合について考える。なお、上述したように、変調率aは、出力電圧指令値Vu,v,w*を規格化したものであることから、出力電圧指令値Vu,v,w*と同義と考えることができる。また、図4(b)では、変調率aの周期に対し、キャリア周期Tは非常に短いことから、変調率aは直線として扱うことができる。 Next, consider the case of modulation rate a <0 (V u, v, w ** 0) shown in FIG. As described above, the modulation factor a, the output voltage instruction value V u, v, since it is obtained by normalizing the w *, the output voltage command value V u, v, be considered to w * synonymous it can. In FIG. 4B, since the carrier period T is very short with respect to the period of the modulation factor a, the modulation factor a can be treated as a straight line.

図4(b)より、1キャリア周期Tの出力電圧Eu,v,wの平均値Eaveu,v,wは、状態2のEu,v,w=−Ed/2と状態3のEu,v,w=ΔVとを組み合わせた値として、次式で表される。なお、この式において、−T/Tは、変調率aを直線として扱っていることから、aに置き換えることができる。 From FIG. 4B , the average values Eave u, v, w of the output voltages E u, v, w in one carrier period T are E u, v, w = −Ed / 2 in state 2 and E in state 3 As a value combining u, v, w = ΔV, it is expressed by the following equation. In this equation, -T 2 / T can be replaced with a because the modulation factor a is treated as a straight line.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

続いて、この式において、Eaveu,v,w=Vu,v,w*とするために、平均値Eaveu,v,wを出力電圧指令値Vu,v,w*に置き換え、変調率aについて解くと、次式が得られる。 Subsequently, in this formula, in order to set Eave u, v, w = V u, v, w *, the average value Eave u, v, w is replaced with the output voltage command value V u, v, w *, and the modulation is performed. Solving for rate a yields:

Figure 0006131360
Figure 0006131360

さらに、この式を展開すると、次式(6)が得られる。   Furthermore, when this equation is expanded, the following equation (6) is obtained.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

式(6)において、ΔV>0である場合には、第2項が常に正の値になることから、変調率aは、小さくなる方向に補正される。これに対して、変調率aを大きくしたいときには、式(6)の第2項の制御量だけ出力電圧指令値を補償することとし、次式(6)’が得られる。   In Expression (6), when ΔV> 0, the second term is always a positive value, and thus the modulation factor a is corrected in a decreasing direction. On the other hand, when it is desired to increase the modulation factor a, the output voltage command value is compensated by the control amount of the second term of the equation (6), and the following equation (6) 'is obtained.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

すなわち、式(5)、式(5)’、式(6)または式(6)’のように変調率aを補正すれば、出力電圧指令値Vu,v,w*通りの出力電圧Eu,v,wが得られる。 That is, if the modulation factor a is corrected as shown in Equation (5), Equation (5) ′, Equation (6), or Equation (6) ′, the output voltage E according to the output voltage command value V u, v, w *. u, v, w are obtained.

次に、中性点電位制御の制御方針について説明する。
まず、図1より、正極側コンデンサ11を流れる電流i、および負極側コンデンサ12を流れる電流i−iについて、次式(7)および次式(8)が成立する。
Next, a control policy for neutral point potential control will be described.
First, from FIG. 1, the current flowing through the positive capacitor 11 i, and the current i-i n flowing through the negative electrode side capacitor 12, the following equation (7) and the following equation (8) holds.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

また、式(4)、式(7)および式(8)から、次式(9)が得られる。   Moreover, following Formula (9) is obtained from Formula (4), Formula (7), and Formula (8).

Figure 0006131360
Figure 0006131360

この式(9)より、中性点を流れる中性点電流i>0のとき、ΔVは減少し、i<0のとき、ΔVは増加することが分かる。 From this equation (9), it can be seen that ΔV decreases when the neutral point current i n > 0 flowing through the neutral point, and ΔV increases when i n <0.

また、3レベルインバータ10からの出力電流については、図1より次式(10)〜(13)が成り立つ。   As for the output current from the three-level inverter 10, the following equations (10) to (13) are established from FIG.

su=isu’+inu+isu” (10)
sv=isv’+inv+isv” (11)
sw=isw’+inw+isw” (12)
=inu+inv+inw (13)
i su = i su ′ + i nu + i su ″ (10)
i sv = i sv ′ + i nv + i sv ″ (11)
i sw = i sw '+ i nw + i sw ″ (12)
i n = i nu + i nv + i nw (13)

ここで、図5(a)〜(d)に、変調率a>0およびa<0のそれぞれの場合において、出力電流isu>0またはisu<0であるときの出力電流波形を、u相について示す。図5(a)〜(d)において、キャリア周期Tは非常に短いことから、モータ2のインダクタンスの作用により、この期間においては、どのスイッチング素子に電流が流れたとしても、ほぼ一定の電流が流れるものと考えられる。 Here, in FIGS. 5A to 5D, the output current waveforms when the output current i su > 0 or i su <0 in each of the modulation rates a> 0 and a <0 are shown as u. The phase is shown. 5 (a) to 5 (d), since the carrier period T is very short, an almost constant current is applied to any switching element during this period due to the action of the inductance of the motor 2. It is thought to flow.

続いて、図5(a)〜(d)において、中性点電流inuが流れている期間に着目して、式(13)を、キャリア周期Tの間で積分すると、中性点電流iについて、次式(14)が得られる。 Subsequently, in FIGS. 5A to 5D, focusing on the period during which the neutral point current i nu flows, when the equation (13) is integrated during the carrier period T, the neutral point current i For n , the following equation (14) is obtained.

Figure 0006131360
Figure 0006131360

式(14)において、中性点素子Q、Qのオン時間は、次式(15)および次式(16)で表される。 In the equation (14), the on-times of the neutral point elements Q 3 and Q 4 are expressed by the following equations (15) and (16).

a>0のとき、T=T−T1u、T=T−T1v、T=T−T1w (15)
a<0のとき、T=T−T2u、T=T−T2v、T=T−T2w (16)
When a> 0, T u = T−T 1u , T v = T−T 1v , T w = T−T 1w (15)
When a <0, T u = T−T 2u , T v = T−T 2v , T w = T−T 2w (16)

ただし、式(15)、(16)では、図5(a)〜(d)における各相のTおよびTを、それぞれT1u、T1v、T1wとT2u、T2v、T2wで表している。 However, in the formulas (15) and (16), T 1 and T 2 of each phase in FIGS. 5A to 5D are respectively expressed as T 1u , T 1v , T 1w and T 2u , T 2v , T 2w. It is represented by

ここで、式(14)より、各相の中性点電流inuは、中性点素子Q、Qがオンしている期間の出力電流と等しいことが分かる。そこで、以上の関係式に基づいて、コンデンサの中性点電位制御の制御方針を以下のように定める。 Here, it can be seen from the equation (14) that the neutral point current i nu of each phase is equal to the output current during the period when the neutral point elements Q 3 and Q 4 are on. Therefore, based on the above relational expression, the control policy for neutral point potential control of the capacitor is determined as follows.

方針1:電位差ΔV=(Vc2−Vc1)/2>0の場合、正極側電圧Vc1を増加させ、負極側電圧Vc2を減少させる。
このとき、式(9)より、基本的に中性点電流i>0ならよいが、中性点電流i>0のとき、中性点電流iをさらに増加させる。また、中性点電流i<0のとき、中性点電流iを増加させ、徐々に正になるようにする。
Policy 1: When the potential difference ΔV = (V c2 −V c1 ) / 2> 0, the positive side voltage V c1 is increased and the negative side voltage V c2 is decreased.
At this time, the neutral point current i n > 0 basically suffices from the equation (9), but when the neutral point current i n > 0, the neutral point current i n is further increased. Further, when the neutral point current i n <0, the neutral point current i n is increased so as to gradually become positive.

方針2:電位差ΔV=(Vc2−Vc1)/2<0のとき、負極側電圧Vc2を増加させ、正極側電圧Vc1を減少させる。
このとき、式(9)より、基本的に中性点電流i<0ならよいが、中性点電流i<0のとき、中性点電流iをさらに減少させる。また、中性点電流i>0のとき、中性点電流iを減少させ、徐々に負になるようにする。
Policy 2: When the potential difference ΔV = (V c2 −V c1 ) / 2 <0, the negative side voltage V c2 is increased and the positive side voltage V c1 is decreased.
At this time, from the equation (9), it is basically sufficient that the neutral point current i n <0, but when the neutral point current i n <0, the neutral point current i n is further reduced. Further, when the neutral point current i n > 0, the neutral point current i n is decreased and gradually becomes negative.

方針3:方針1、2に基づいて、変調率aを補正する場合には、指令した電圧を生じるように求めた式(5)、式(5)’、式(6)または式(6)’の解を適用する。すなわち、式(5)、式(5)’、式(6)または式(6)’の補償を、中性点の電位が0になるように行う。   Policy 3: When the modulation factor a is corrected based on the policies 1 and 2, Formula (5), Formula (5) ′, Formula (6), or Formula (6) obtained to generate the commanded voltage Apply '' solution. That is, the compensation of Expression (5), Expression (5) ′, Expression (6), or Expression (6) ′ is performed so that the potential at the neutral point becomes zero.

次に、電圧指令補償演算部33の具体的な制御手法を以下に示す。ここで、図1において、中性点電流iは、負極側コンデンサ12からの放電方向を正とする。したがって、負極側コンデンサ12の負極側電圧Vc2が高ければ、(ΔV>0ならば)中性点電流iを大きくする(方針1)。また、正極側コンデンサ11の正極側電圧Vc1が高ければ、(ΔV<0ならば)中性点電流iを小さくする(方針II)。 Next, a specific control method of the voltage command compensation calculation unit 33 is shown below. Here, in FIG. 1, the neutral point current i n, the discharge direction from the negative electrode side capacitor 12 and positive. Thus, the higher the negative electrode side voltage V c2 of the negative electrode side capacitor 12, ([Delta] V> 0 if) to increase the neutral point current i n (policy 1). Also, the higher the positive electrode side voltage V c1 of the positive capacitor 11, to reduce the ([Delta] V <0 if) neutral current i n (policy II).

ここで、正極側電圧Vc1と負極側電圧Vc2との電位差ΔV、直流電源1の電圧Ed/2、出力電流I、I、Iの極性、および出力電圧指令値V*、V*、V*の極性により、電圧指令補償演算部33の動作パターンを、以下の8つに場合分けすることができる。電圧指令補償演算部33は、各動作パターンについて、下記のように適切な電圧補償式を適用することで、中性点電位の変動を抑制する。 Here, the potential difference ΔV between the positive side voltage V c1 and the negative side voltage V c2 , the voltage Ed / 2 of the DC power supply 1, the polarities of the output currents I u , I v , I w , and the output voltage command value V u *, Depending on the polarity of V v * and V w *, the operation pattern of the voltage command compensation calculation unit 33 can be divided into the following eight cases. The voltage command compensation calculation unit 33 suppresses fluctuations in the neutral point potential by applying an appropriate voltage compensation formula to each operation pattern as described below.

動作パターン1:電圧指令値>0、ΔV>0(Vc2>Vc1)、出力電流>0の場合
中性点電流iを大きくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を長くする。これにより、変調率aを下げる。このとき、式(5)を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 1: Voltage command value> 0, ΔV> 0 (V c2> V c1), in order to increase the neutral point current i n the case of the output current> 0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Increase time. Thereby, the modulation factor a is lowered. At this time, Formula (5) is applied as a voltage command compensation formula.

動作パターン2:電圧指令値>0、ΔV>0(Vc2>Vc1)、出力電流<0の場合
中性点電流iを大きくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を短くする。これにより、変調率aを上げる。このとき、式(5)’を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 2: Voltage command value> 0, ΔV> 0 (V c2> V c1), in order to increase the neutral point current i n the case of the output current <0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Reduce time. Thereby, the modulation factor a is increased. At this time, Equation (5) ′ is applied as a voltage command compensation equation.

動作パターン3:電圧指令値>0、ΔV<0(Vc2<Vc1)、出力電流>0の場合
中性点電流iを小さくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を短くする。これにより、変調率aを上げる。このとき、式(5)を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 3: voltage command value> 0, ΔV <0 (V c2 <V c1), the output current> in order to reduce the neutral point current i n the case of 0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Reduce time. Thereby, the modulation factor a is increased. At this time, Formula (5) is applied as a voltage command compensation formula.

動作パターン4:電圧指令値>0、ΔV<0(Vc2<Vc1)、出力電流<0の場合
中性点電流iを小さくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を長くする。これにより、変調率aを下げる。このとき、式(5)’を電圧指令補償式として適用する。
Operation pattern 4: Voltage command value> 0, ΔV <0 (V c2 <V c1), if the output current <0 in order to reduce the neutral point current i n, the neutral point element Q 3, on the Q 4 Increase time. Thereby, the modulation factor a is lowered. At this time, Equation (5) ′ is applied as a voltage command compensation equation.

動作パターン5:電圧指令値<0、ΔV>0(Vc2>Vc1)、出力電流<0の場合
中性点電流iを大きくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を短くする。これにより、変調率aを下げる。このとき、式(6)を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 5: Voltage command value <0, ΔV> 0 (V c2> V c1), in order to increase the neutral point current i n the case of the output current <0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Reduce time. Thereby, the modulation factor a is lowered. At this time, Equation (6) is applied as a voltage command compensation equation.

動作パターン6:電圧指令値<0、ΔV>0(Vc2>Vc1)、出力電流>0の場合
中性点電流iを大きくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を長くする。これにより、変調率aを上げる。このとき、式(6)’を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 6: Voltage command value <0, ΔV> 0 (V c2> V c1), in order to increase the neutral point current i n the case of the output current> 0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Increase time. Thereby, the modulation factor a is increased. At this time, Equation (6) ′ is applied as a voltage command compensation equation.

動作パターン7:電圧指令値<0、ΔV<0(Vc2<Vc1)、出力電流<0の場合
中性点電流iを小さくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を長くする。これにより、変調率aを上げる。このとき、式(6)を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 7: voltage command value <0, ΔV <0 (V c2 <V c1), if the output current <0 in order to reduce the neutral point current i n, the neutral point element Q 3, on the Q 4 Increase time. Thereby, the modulation factor a is increased. At this time, Equation (6) is applied as a voltage command compensation equation.

動作パターン8:電圧指令値<0、ΔV<0(Vc2<Vc1)、出力電流>0の場合
中性点電流iを小さくするために、中性点素子Q、Qのオン時間を短くする。これにより、変調率aを下げる。このとき、式(6)’を電圧指令補償式として適用する。
Operation Pattern 8: voltage command value <0, ΔV <0 (V c2 <V c1), in order to reduce the neutral point current i n the case of the output current> 0, on the neutral point element Q 3, Q 4 Reduce time. Thereby, the modulation factor a is lowered. At this time, Equation (6) ′ is applied as a voltage command compensation equation.

次に、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のシミュレーション結果について、中性点電位の変動を抑制しない場合のシミュレーション結果と比較して説明する。図6は、中性点電位の変動を抑制しない場合のシミュレーション結果を示す説明図である。図7は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のシミュレーション結果を示す説明図である。   Next, the simulation result of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention will be described in comparison with the simulation result in the case where the fluctuation of the neutral point potential is not suppressed. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a simulation result when the fluctuation of the neutral point potential is not suppressed. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a simulation result of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.

図6、7において、中性点電位の変動を抑制しない場合には、モータ回転数指令値Wr*が変動したときに、正極側電圧Vc1と負極側電圧Vc2との電位差ΔVが次第に大きくなっていくのに対して、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置を用いることにより、電位差ΔVが零に収束していることが分かる。 6 and 7, when the fluctuation of the neutral point potential is not suppressed, the potential difference ΔV between the positive side voltage V c1 and the negative side voltage V c2 gradually increases when the motor rotation speed command value Wr * changes. On the other hand, it can be seen that the potential difference ΔV converges to zero by using the power conversion device according to the first embodiment of the present invention.

図8は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置のシミュレーション結果を示す拡大図である。図8では、図7に示したシミュレーション結果の時間軸を拡大して、出力電流Iの1周期分を示している。 FIG. 8 is an enlarged view showing a simulation result of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 8, the time axis of the simulation result shown in FIG. 7 is enlarged to show one cycle of the output current Iu .

図8において、期間aは、V*>0、I<0、ΔV>0であり、V*に対し、Vuu*を大きく補正するものであり、上述した動作パターン2に対応する。期間b、eは、V*>0、I<0、ΔV<0であり、V*に対し、Vuu*を小さく補正するものであり、上述した動作パターン4に対応する。 8, the period a is, V u *> 0, I u <0, a [Delta] V> 0, with respect to V u *, is intended to increase correct V uu *, corresponding to the operation pattern 2 above . Period b, e is, V u *> 0, I u <0, a [Delta] V <0, to V u *, is intended to correct small V uu *, corresponding to the operation pattern 4 described above.

また、期間cは、V*>0、I>0、ΔV<0であり、V*に対し、Vuu*を大きく補正するものであり、上述した動作パターン3に対応する。期間dは、V*>0、I>0、ΔV>0であり、V*に対し、Vuu*を小さく補正するものであり、上述した動作パターン1に対応する。 The period c is V u *> 0, I u > 0, and ΔV <0, and greatly corrects V uu * with respect to V u *, and corresponds to the operation pattern 3 described above. Period d is, V u *> 0, I u> 0, a [Delta] V> 0, with respect to V u *, is intended to correct small V uu *, corresponding to the operation pattern 1 described above.

また、期間fは、V*<0、I>0、ΔV<0であり、V*に対し、Vuu*を小さく補正するものであり、上述した動作パターン8に対応する。期間gは、V*<0、I>0、ΔV>0であり、V*に対し、Vuu*を大きく補正するものである、上述した動作パターン6に対応する。 A period f is, V u * <0, I u> 0, a [Delta] V <0, to V u *, is intended to correct small V uu *, corresponding to the operation pattern 8 described above. The period g is V u * <0, I u > 0, ΔV> 0, and corresponds to the above-described operation pattern 6 that greatly corrects V uu * with respect to V u *.

また、期間h、jは、V*<0、I<0、ΔV>0であり、V*に対し、Vuu*を小さく補正するものであり、上述した動作パターン5に対応する。期間iは、V*<0、I<0、ΔV<0であり、V*に対し、Vuu*を大きく補正するものであり、上述した動作パターン7に対応する。 A period h, j is, V u * <0, I u <0, a [Delta] V> 0, with respect to V u *, is intended to correct small V uu *, corresponding to the operation pattern 5 described above . Period i is, V u * <0, I u <0, a [Delta] V <0, to V u *, is intended to increase correct V uu *, corresponding to the operation pattern 7 described above.

以上のように、実施の形態1によれば、中性点電位制御部は、接続点を中性点として互いに直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサにおける正極側電圧と負極側電圧との電位差、3レベルインバータの出力電流の極性、および3レベルインバータに対する出力電圧指令値の極性に基づいて、正極側電圧と負極側電圧との電位差が小さくなるように、出力電圧指令値を補償する。また、上記電圧指令値の補償をU相、V相、W相の各相で個別に実施する。
そのため、中性点電位の変動を抑制することができる。
また、2レベルインバータと比較して、3レベルインバータは出力電圧のdv/dtが半分となる。そのため、3レベルインバータを用いることにより、モータ端子に発生するマイクロサージ電圧を抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment, the neutral point potential control unit includes the positive-side voltage and the negative-side voltage in the positive-side capacitor and the negative-side capacitor that are connected in series with each other as the neutral point. The output voltage command value is compensated so as to reduce the potential difference between the positive side voltage and the negative side voltage based on the potential difference between the three level inverters and the polarity of the output voltage command value for the three level inverter. . Further, the compensation of the voltage command value is performed individually for each of the U phase, the V phase, and the W phase.
Therefore, fluctuations in the neutral point potential can be suppressed.
Compared with the two-level inverter, the three-level inverter halves the output voltage dv / dt. Therefore, the microsurge voltage generated at the motor terminal can be suppressed by using the three-level inverter.

1 直流電源、2 モータ、10 3レベルインバータ、11 正極側コンデンサ、12 負極側コンデンサ、13 アーム、14 電圧センサ(電圧検出部)、16 電流センサ(電流検出部)、17 回転数センサ(回転数検出部)、20 ベクトル制御部(電圧指令演算部)、21 速度制御器、22 電源周波数演算部、23 3相/dq軸座標変換部、24 電流制御器、25 電流制御器、26 dq軸/3相座標変換部、30 中性点電位制御部、31 極性判別部、32 極性判別部、33 電圧指令補償演算部、40 生成部。   1 DC power supply, 2 motor, 10 3-level inverter, 11 positive side capacitor, 12 negative side capacitor, 13 arm, 14 voltage sensor (voltage detection unit), 16 current sensor (current detection unit), 17 rotation speed sensor (rotation speed) Detection unit), 20 vector control unit (voltage command calculation unit), 21 speed controller, 22 power supply frequency calculation unit, 23 3-phase / dq axis coordinate conversion unit, 24 current controller, 25 current controller, 26 dq axis / 3-phase coordinate conversion unit, 30 neutral point potential control unit, 31 polarity determination unit, 32 polarity determination unit, 33 voltage command compensation calculation unit, 40 generation unit.

Claims (1)

直流電源の正極側と負極側との間に互いに直列に接続され、接続点を中性点とする正極側コンデンサおよび負極側コンデンサを有し、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給する3レベルインバータと、
前記モータに流れる電流を出力電流として検出する電流検出部と、
前記モータの回転数をモータ回転数として検出する回転数検出部と、
前記出力電流および前記モータ回転数を用いて、前記3レベルインバータに対する出力電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、
前記正極側コンデンサおよび前記負極側コンデンサの電圧を正極側電圧および負極側電圧として検出する電圧検出部と、
前記正極側電圧と前記負極側電圧との電位差、前記出力電流の極性および前記出力電圧指令値の極性に基づいて、前記電位差が小さくなるように、前記出力電圧指令値を補償する中性点電位制御部と、
補償後の前記出力電圧指令値に基づいて、前記3レベルインバータのゲート信号を生成するPWM生成部と、
を備え
前記中性点電位制御部は、前記3レベルインバータの各相について、前記出力電圧指令値を補償する
電力変換装置。
Connected in series between the positive electrode side and negative electrode side of the DC power source, and has a positive electrode side capacitor and a negative electrode side capacitor with the connection point as a neutral point, and converts DC power from the DC power source into AC power A three-level inverter that supplies the motor with
A current detector that detects the current flowing through the motor as an output current;
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the motor as a motor rotational speed;
A voltage command calculation unit that calculates an output voltage command value for the three-level inverter using the output current and the motor rotation speed;
A voltage detection unit for detecting voltages of the positive side capacitor and the negative side capacitor as a positive side voltage and a negative side voltage;
Based on the potential difference between the positive side voltage and the negative side voltage, the polarity of the output current, and the polarity of the output voltage command value, a neutral point potential that compensates the output voltage command value so that the potential difference becomes small A control unit;
A PWM generator that generates a gate signal of the three-level inverter based on the output voltage command value after compensation;
Equipped with a,
The neutral point potential control unit compensates the output voltage command value for each phase of the three-level inverter .
JP2016063567A 2016-03-28 2016-03-28 Power converter Expired - Fee Related JP6131360B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016063567A JP6131360B1 (en) 2016-03-28 2016-03-28 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016063567A JP6131360B1 (en) 2016-03-28 2016-03-28 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6131360B1 true JP6131360B1 (en) 2017-05-17
JP2017184309A JP2017184309A (en) 2017-10-05

Family

ID=58714770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016063567A Expired - Fee Related JP6131360B1 (en) 2016-03-28 2016-03-28 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6131360B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114977861A (en) * 2022-07-29 2022-08-30 深圳市首航新能源股份有限公司 Bus voltage compensation method, electronic equipment and system thereof

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109905048B (en) * 2017-12-08 2021-01-26 台达电子企业管理(上海)有限公司 Neutral point voltage balance control method for three-level circuit
JP7005746B2 (en) * 2018-03-19 2022-01-24 三菱電機株式会社 Power converter and rotary machine drive system
WO2023181368A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 三菱電機株式会社 Power converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252984A (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Hitachi Ltd Method and apparatus for controlling power converter
JP2003169480A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Toshiba Corp Control apparatus for neutral point clamp system power converter
US20110141786A1 (en) * 2010-09-29 2011-06-16 General Electric Company Dc-link voltage balancing system and method for multilevel converters
JP2011239564A (en) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp Neutral point clamp type power conversion equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002252984A (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Hitachi Ltd Method and apparatus for controlling power converter
JP2003169480A (en) * 2001-11-30 2003-06-13 Toshiba Corp Control apparatus for neutral point clamp system power converter
JP2011239564A (en) * 2010-05-10 2011-11-24 Toshiba Corp Neutral point clamp type power conversion equipment
US20110141786A1 (en) * 2010-09-29 2011-06-16 General Electric Company Dc-link voltage balancing system and method for multilevel converters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114977861A (en) * 2022-07-29 2022-08-30 深圳市首航新能源股份有限公司 Bus voltage compensation method, electronic equipment and system thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017184309A (en) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9882466B2 (en) Power conversion device including an AC/DC converter and a DC/DC converter
US8243482B2 (en) Control device for matrix converter
US9509229B2 (en) Power supply apparatus including power conversion circuit controlled by PWM control circuit
EP1921740B1 (en) Power converter control
JP6131360B1 (en) Power converter
EP2254232B1 (en) Converter control method and control apparatus
WO2007129456A1 (en) Power converter
KR102441722B1 (en) Conversion device
US10734917B2 (en) Power conversion device and power conversion method
WO2018061433A1 (en) Inverter control method, control device, and inverter
JP5523508B2 (en) Power converter
CN112005482A (en) Three-level power conversion device, method for controlling three-level power conversion device, and storage medium
JP2018057207A (en) Power converter control device
JP4069741B2 (en) Pulse width modulation method and power converter
JP2006020384A (en) Controller of power converter
WO2019049713A1 (en) Power conversion device and method for controlling same
JPWO2019082316A1 (en) Power converter
JP2017153277A (en) Self-excited reactive power compensation apparatus
JP2016052167A (en) Power conversion device
JP2007097394A (en) Electric power transformer
JP2015126607A (en) Motor control system
JP2019201493A (en) Multilevel power conversion device and control method therefor
JP2014135878A (en) Controller of three-phase converter and electric power conversion system using the same
JP5624504B2 (en) Inverter device
JP2006014532A (en) Three-level power converting device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170327

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170411

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6131360

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees