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JP2019030047A - Electric power conversion system - Google Patents

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JP2019030047A
JP2019030047A JP2017143964A JP2017143964A JP2019030047A JP 2019030047 A JP2019030047 A JP 2019030047A JP 2017143964 A JP2017143964 A JP 2017143964A JP 2017143964 A JP2017143964 A JP 2017143964A JP 2019030047 A JP2019030047 A JP 2019030047A
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JP
Japan
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capacitor
gate signal
phase voltage
reactor
circuit
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JP2017143964A
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Japanese (ja)
Inventor
英児 野村
Hideji Nomura
英児 野村
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

【課題】Zソース昇圧回路を有する電力変換装置において、スイッチング素子の損失を低減させる。【解決手段】電力変換装置1は、Zソース昇圧回路20と、複数のスイッチング素子31〜36を有し、Zソース昇圧回路20の出力に接続されたインバータ回路30と、コンデンサ23及びコンデンサ24に印加されたコンデンサ印加電圧に基づき、複数のスイッチング素子31〜36を制御する制御部70と、を備え、制御部70は、インバータ回路30が出力する3相電圧の指令値である3相電圧指令に対応する値とコンデンサ印加電圧との比較に基づき、スイッチング素子31〜36を短絡させる。【選択図】図1In a power converter having a Z-source booster circuit, loss of a switching element is reduced. A power conversion apparatus includes a Z source booster circuit, a plurality of switching elements, and an inverter circuit connected to an output of the Z source booster circuit, a capacitor, and a capacitor. And a control unit 70 that controls the plurality of switching elements 31 to 36 based on the applied capacitor applied voltage. The control unit 70 is a three-phase voltage command that is a command value of the three-phase voltage output from the inverter circuit 30. The switching elements 31 to 36 are short-circuited on the basis of a comparison between the value corresponding to 1 and the capacitor applied voltage. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、Zソース昇圧回路を有する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power converter having a Z source booster circuit.

従来、Zソース昇圧回路を有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)。図5は、従来のZソース昇圧回路を有する電力変換装置の構成例を示す図である。   Conventionally, a power conversion device having a Z source booster circuit is known (see, for example, Patent Document 1). FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a power converter having a conventional Z source booster circuit.

図5に示す電力変換装置2は、直流電源10と、Zソース昇圧回路20と、インバータ回路30と、制御部60と、電圧センサ51及び52と、電流センサ53及び54とを備える。電力変換装置2は、モータ50に電力を供給し、モータ50には回転角度センサ55が接続される。   The power conversion device 2 shown in FIG. 5 includes a DC power supply 10, a Z source booster circuit 20, an inverter circuit 30, a control unit 60, voltage sensors 51 and 52, and current sensors 53 and 54. The power conversion device 2 supplies power to the motor 50, and a rotation angle sensor 55 is connected to the motor 50.

Zソース昇圧回路20は、ダイオード25と、リアクトル21及び22と、コンデンサ23及び24とを有し、出力に直流リンク部を介してインバータ回路30に接続される。   The Z-source booster circuit 20 includes a diode 25, reactors 21 and 22, and capacitors 23 and 24, and is connected to the inverter circuit 30 at the output via a DC link unit.

インバータ回路30は、各相の位相が互いに120度ずつずれるようにスイッチング素子31〜36をオン・オフして制御することにより、インバータ回路30の出力に接続されたモータ50を駆動する。   The inverter circuit 30 drives the motor 50 connected to the output of the inverter circuit 30 by turning on and off the switching elements 31 to 36 so that the phase of each phase is shifted by 120 degrees from each other.

Zソース昇圧回路20は、インバータ回路30のU相、V相、W相のいずれかの相の上下スイッチング素子が同時にオンして短絡すると、コンデンサ23及び24の放電と、リアクトル21及び22の充電とが行われる。次に、同時にオンしたスイッチング素子の一方がオフすると、リアクトル21及び22の放電と、コンデンサ23及び24の充電とが行われる。この結果、インバータ回路30に出力される電圧が上昇する。   The Z source booster circuit 20 discharges the capacitors 23 and 24 and charges the reactors 21 and 22 when the upper and lower switching elements of the U phase, V phase, and W phase of the inverter circuit 30 are simultaneously turned on and short-circuited. And done. Next, when one of the switching elements turned on at the same time is turned off, the reactors 21 and 22 are discharged and the capacitors 23 and 24 are charged. As a result, the voltage output to the inverter circuit 30 increases.

図6は、図5に示したような従来の電力変換装置2におる制御部60として想定される構成例を示す図である。上述の昇圧動作をさせるための昇圧用ゲート信号Gは、コンデンサ23に印加された電圧Vとコンデンサ電圧指令V との偏差ΔVを元に、例えばPID制御により短絡率Nを生成し、キャリア信号aと比較をすることで生成される。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example assumed as the control unit 60 in the conventional power conversion device 2 as illustrated in FIG. 5. Boosting gate signal G z for causing the step-up operation described above, generates a short-circuit ratio N based on the deviation [Delta] V C of the voltage V C and the capacitor voltage command V C *, which is applied to the capacitor 23, for example by PID control Then, it is generated by comparing with the carrier signal a.

特開2011−160617号公報JP 2011-160617 A

上記の電力変換装置2では、コンデンサ電圧指令V は固定値であり、インバータ回路30が動作している間は昇圧動作を行うため、インバータ回路30の短絡、非短絡を繰り返し継続的に行っている。しかし、このような昇圧動作を行うことにより、インバータ回路30を構成するスイッチング素子31〜36の損失が増加する。損失が増加すると、温度が上昇し、インバータ回路30の出力可能容量が減少してしまう。 In the power conversion device 2 described above, the capacitor voltage command V C * is a fixed value, and a boost operation is performed while the inverter circuit 30 is operating. Therefore, the inverter circuit 30 is repeatedly short-circuited and non-short-circuited repeatedly. ing. However, the loss of the switching elements 31 to 36 constituting the inverter circuit 30 increases by performing such a boosting operation. When the loss increases, the temperature rises and the output capacity of the inverter circuit 30 decreases.

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、スイッチング素子の損失を低減させることが可能な電力変換装置を提供することにある。   The objective of this invention made | formed in view of this situation is to provide the power converter device which can reduce the loss of a switching element.

上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、直流電源の正極側にアノード側が接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード側に接続された第1のリアクトルと、前記直流電源の負極側に接続された第2のリアクトルと、前記第1のリアクトルの入力側及び前記第2のリアクトルの出力側の間に接続された第1のコンデンサと、前記第1のリアクトルの出力側及び前記第2のリアクトルの入力側の間に接続された第2のコンデンサと、を有するZソース昇圧回路と、複数のスイッチング素子を有し、前記Zソース昇圧回路の出力に接続されたインバータ回路と、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサに印加されたコンデンサ印加電圧に基づき、前記複数のスイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータ回路が出力する3相電圧の指令値である3相電圧指令に対応する値と前記コンデンサ印加電圧との比較に基づき、前記インバータ回路を短絡させることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a power conversion device according to the present invention includes a diode having an anode connected to the positive electrode side of a DC power supply, a first reactor connected to the cathode side of the diode, and a negative electrode of the DC power supply. A second reactor connected to the side, a first capacitor connected between the input side of the first reactor and the output side of the second reactor, the output side of the first reactor, and the A Z-source booster circuit having a second capacitor connected between the input sides of the second reactor, an inverter circuit having a plurality of switching elements and connected to the output of the Z-source booster circuit; A controller that controls the plurality of switching elements based on a capacitor applied voltage applied to the first capacitor and the second capacitor. Parts, based on a comparison between the 3-phase voltage the capacitor voltage applied to the value corresponding to the command is a command value of three-phase voltages the inverter circuit outputs, and wherein the shorting said inverter circuit.

さらに、本発明に係る電力変換装置において、前記制御部は、前記3相電圧指令を演算する3相電圧指令演算部と、前記3相電圧指令、前記コンデンサ印加電圧、前記直流電源の出力電圧、及びキャリア信号に基づき、スイッチング素子の基本ゲート信号を生成する基本ゲート信号生成部と、前記3相電圧指令に対応する値と前記コンデンサ印加電圧との差分に応じて短絡率を演算する短絡率演算部と、前記短絡率と前記キャリア信号に基づき昇圧用ゲート信号を生成する昇圧用ゲート信号生成部と、前記基本ゲート信号と昇圧用ゲート信号を論理和して前記スイッチング素子のゲート信号を生成する論理和部と、を備えることを特徴とする。   Furthermore, in the power converter according to the present invention, the control unit includes a three-phase voltage command calculation unit that calculates the three-phase voltage command, the three-phase voltage command, the capacitor applied voltage, the output voltage of the DC power supply, And a basic gate signal generation unit that generates a basic gate signal of the switching element based on the carrier signal, and a short-circuit rate calculation that calculates a short-circuit rate according to a difference between a value corresponding to the three-phase voltage command and the applied voltage of the capacitor A boosting gate signal generating unit that generates a boosting gate signal based on the short-circuit rate and the carrier signal; and ORing the basic gate signal and the boosting gate signal to generate a gate signal of the switching element And a logical sum part.

さらに、本発明に係る電力変換装置において、前記3相電圧指令に対応する値は、前記3相電圧指令の実効値にオフセットを加えた値であることを特徴とする。   Furthermore, in the power converter according to the present invention, the value corresponding to the three-phase voltage command is a value obtained by adding an offset to the effective value of the three-phase voltage command.

本発明によれば、Zソース昇圧回路を有する電力変換装置において、スイッチング素子の損失を低減させることができるようになる。   According to the present invention, the loss of the switching element can be reduced in the power conversion device having the Z source booster circuit.

本発明の一実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the power converter device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電力変換装置における制御部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the control part in the power converter device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電力変換装置における主要な信号のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the main signals in the power converter device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電力変換装置における昇圧動作開始時の主要な信号のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the main signals at the time of the pressure | voltage rise operation start in the power converter device which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の電力変換装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional power converter device. 従来の電力変換装置における制御部として想定される構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example assumed as a control part in the conventional power converter device.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図1に示す例では、電力変換装置1は、直流電源10と、Zソース昇圧回路20と、インバータ回路30と、制御部70と、電圧センサ51及び52と、電流センサ53及び54とを備える。電力変換装置1は、モータ(負荷)50に電力を供給し、モータ50には回転角度センサ55が接続される。図1に示す制御部70は、図5に示した電力変換装置2と比較して、制御部60に代えて制御部70を有する点が相違する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. In the example illustrated in FIG. 1, the power conversion device 1 includes a DC power supply 10, a Z source booster circuit 20, an inverter circuit 30, a control unit 70, voltage sensors 51 and 52, and current sensors 53 and 54. . The power conversion device 1 supplies power to a motor (load) 50, and a rotation angle sensor 55 is connected to the motor 50. The control unit 70 illustrated in FIG. 1 is different from the power conversion device 2 illustrated in FIG. 5 in that the control unit 70 includes a control unit 70 instead of the control unit 60.

インバータ回路30は、複数のスイッチング素子31〜36と、それぞれのスイッチング素子31〜36に逆並列接続されたフリーホイールダイオード41〜46とを備える。スイッチング素子31及び32は直列接続され、インバータ回路30のU相アームを構成する。スイッチング素子33及び34は直列接続され、インバータ回路30のV相アームを構成する。スイッチング素子35及び36は直列接続され、インバータ回路30のW相アームを構成する。インバータ回路30は、各相の位相が互いに120度ずつずれるように、制御部70によりスイッチング素子31〜36がオン・オフ制御されることにより、出力に接続されたモータ50を駆動する。   The inverter circuit 30 includes a plurality of switching elements 31 to 36 and free wheel diodes 41 to 46 connected in antiparallel to the respective switching elements 31 to 36. Switching elements 31 and 32 are connected in series and constitute a U-phase arm of inverter circuit 30. Switching elements 33 and 34 are connected in series to constitute a V-phase arm of inverter circuit 30. Switching elements 35 and 36 are connected in series to constitute a W-phase arm of inverter circuit 30. The inverter circuit 30 drives the motor 50 connected to the output by controlling the switching elements 31 to 36 by the control unit 70 so that the phases of each phase are shifted from each other by 120 degrees.

Zソース昇圧回路20は、直流電源10の正極側にアノード側が接続されたダイオード25と、ダイオード25のカソード側に接続されたリアクトル(第1のリアクトル)21と、直流電源10の負極側に接続されたリアクトル(第2のリアクトル)22と、リアクトル21の入力側及びリアクトル22の出力側の間に接続されたコンデンサ(第1のコンデンサ)23と、リアクトル21の出力側及びリアクトル22の入力側の間に接続されたコンデンサ(第2のコンデンサ)24とを有する。   The Z source booster circuit 20 is connected to a diode 25 whose anode side is connected to the positive side of the DC power source 10, a reactor (first reactor) 21 connected to the cathode side of the diode 25, and a negative side of the DC power source 10. Reactor (second reactor) 22, a capacitor (first capacitor) 23 connected between the input side of reactor 21 and the output side of reactor 22, the output side of reactor 21, and the input side of reactor 22 And a capacitor (second capacitor) 24 connected between the two.

Zソース昇圧回路20は、インバータ回路30のU相、V相、W相のいずれかの相の上下スイッチング素子が同時にオンしてインバータ回路30が短絡(上下アーム短絡)すると、コンデンサ23及び24の放電と、リアクトル21及び22の充電とが行われる。次に、同時にオンしていたスイッチング素子の一方をオフにすると、リアクトル21及び22の放電と、コンデンサ23及び24の充電とが行われる。この結果、コンデンサ23,24に印加される電圧(コンデンサ印加電圧)Vが上昇し、インバータ回路30に出力される直流リンク電圧Vdcも上昇する。この昇圧動作後の直流リンク電圧Vdcは、直流電源10の出力電圧(直流電源電圧)E、及びコンデンサ印加電圧Vにより、式(1)により求められる。 The Z source booster circuit 20 includes capacitors 23 and 24 that are connected to each other when the upper and lower switching elements of the U phase, V phase, and W phase of the inverter circuit 30 are simultaneously turned on and the inverter circuit 30 is short-circuited (upper and lower arm short-circuit). Discharging and charging of reactors 21 and 22 are performed. Next, when one of the switching elements that are on at the same time is turned off, the reactors 21 and 22 are discharged and the capacitors 23 and 24 are charged. As a result, the voltage applied (capacitor voltage applied) V C rises to the capacitor 23, the DC link voltage V dc output to the inverter circuit 30 is also increased. DC link voltage V dc after the boosting operation, the output voltage of the DC power supply 10 (DC power supply voltage) E, and the capacitor voltage applied V C, determined by Equation (1).

Figure 2019030047
Figure 2019030047

電圧センサ51は、直流電源10の出力電圧Eを検出し、制御部70に出力する。   The voltage sensor 51 detects the output voltage E of the DC power supply 10 and outputs it to the control unit 70.

電圧センサ52は、コンデンサ印加電圧Vを検出し、制御部70に出力する。図1に示す例では、コンデンサ23のコンデンサ印加電圧Vを検出するが、コンデンサ24のコンデンサ印加電圧Vを検出してもよい。 Voltage sensor 52 detects the capacitor voltage applied V C, to the control unit 70. In the example illustrated in FIG. 1, the capacitor application voltage V C of the capacitor 23 is detected, but the capacitor application voltage V C of the capacitor 24 may be detected.

電流センサ53は、モータ50のU相に流れる電流Iを検出し、制御部70に出力する。また、電流センサ54は、モータ50のW相に流れる電流Iを検出し、制御部70に出力する。 The current sensor 53 detects the current I u flowing in the U phase of the motor 50 and outputs it to the control unit 70. The current sensor 54 detects a current I w flowing through the W-phase of the motor 50, and outputs to the control unit 70.

回転角度センサ55は、モータ50の回転角度θを検出し、制御部70に出力する。   The rotation angle sensor 55 detects the rotation angle θ of the motor 50 and outputs it to the control unit 70.

制御部70は、電圧センサ51及び52により検出された値と、電流センサ53及び54により検出された値と、回転角度センサ55により検出された値とを入力する。そして、スイッチング素子31にゲート信号Gup、スイッチング素子32にゲート信号Gun、スイッチング素子33にゲート信号Gvp、スイッチング素子34にゲート信号Gvn、スイッチング素子35にゲート信号Gwp、スイッチング素子36にゲート信号Gwnを出力してスイッチング素子31〜36を制御する。 The controller 70 inputs the values detected by the voltage sensors 51 and 52, the values detected by the current sensors 53 and 54, and the value detected by the rotation angle sensor 55. The switching element 31 has a gate signal G up , the switching element 32 has a gate signal G un , the switching element 33 has a gate signal G vp , the switching element 34 has a gate signal G vn , the switching element 35 has a gate signal G wp , and the switching element 36. A gate signal G wn is output to control the switching elements 31 to 36.

インバータ回路30の出力電圧が直流リンク電圧Vdcよりも低い場合には直流リンク電圧Vdcを昇圧させる必要がない。そこで、制御部70は、インバータ回路30の出力電圧が直流リンク電圧Vdcに接近するまでの間は、インバータ回路30を短絡動作させないように制御する。具体的には、以下に詳述するように、制御部70は、インバータ回路30が出力する3相電圧の指令値である3相電圧指令V ,V ,V に対応する値と、コンデンサ23,24に印加されるコンデンサ印加電圧Vとの比較に基づき、インバータ回路30を短絡させる。本実施形態では、3相電圧指令V ,V ,V に対応する値を、3相電圧指令の実効値にオフセットを加えた値とする。 There is no need to boost the DC link voltage V dc when the output voltage of the inverter circuit 30 is lower than the DC link voltage V dc. Therefore, the control unit 70 controls the inverter circuit 30 so as not to short-circuit until the output voltage of the inverter circuit 30 approaches the DC link voltage V dc . Specifically, as described in detail below, the control unit 70 corresponds to the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * that are the command values of the three-phase voltage output from the inverter circuit 30. and values, based on a comparison of the capacitor voltage applied V C applied to the capacitor 23, thereby shorting the inverter circuit 30. In the present embodiment, values corresponding to the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * are values obtained by adding an offset to the effective value of the three-phase voltage command.

図2は、制御部70の構成例を示す図である。図2に示す例では、制御部70は、3相電圧指令演算部61と、基本ゲート信号生成部62と、実効値演算部67と、加算器68と、減算器63と、短絡率演算部64と、昇圧用ゲート信号生成部65と、論理和部66とを備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the control unit 70. In the example shown in FIG. 2, the control unit 70 includes a three-phase voltage command calculation unit 61, a basic gate signal generation unit 62, an effective value calculation unit 67, an adder 68, a subtractor 63, and a short-circuit rate calculation unit. 64, a boosting gate signal generation unit 65, and a logical sum unit 66.

3相電圧指令演算部61は、電流センサ53により検出されたモータ電流Iと、電流センサ54により検出されたモータ電流Iと、回転角度センサ55により検出されたモータ回転角度θと、外部から入力されるモータトルク指令とに基づき、モータ50に印加する3相電圧V,V,Vの指令値である3相電圧指令V ,V ,V を演算し、基本ゲート信号生成部62に出力する。 The three-phase voltage command calculation unit 61 includes a motor current I u detected by the current sensor 53, a motor current I w detected by the current sensor 54, a motor rotation angle θ detected by the rotation angle sensor 55, and an external The three-phase voltage commands V u * , V v * , V w * , which are the command values of the three-phase voltages V u , V v , V w applied to the motor 50, are calculated based on the motor torque command input from the motor 50. To the basic gate signal generation unit 62

基本ゲート信号生成部62は、3相電圧指令演算部61により演算された3相電圧指令V ,V ,V と、電圧センサ52により検出されたコンデンサ印加電圧Vと、電圧センサ51により検出された直流電源電圧Eと、キャリア信号aとに基づいて、基本ゲート信号Gup0,Gun0,Gvp0,Gvn0,Gwp0,Gwn0を生成し、論理和部66に出力する。例えば、キャリア信号aを三角波とし、キャリア信号aと3相電圧指令V ,V ,V とを比較する三角波比較方式を使用する。 The basic gate signal generation unit 62 includes a three-phase voltage command V u * , V v * , V w * calculated by the three-phase voltage command calculation unit 61, a capacitor application voltage V C detected by the voltage sensor 52, Based on the DC power supply voltage E detected by the voltage sensor 51 and the carrier signal a, basic gate signals G up0 , G un0 , G vp0 , G vn0 , G wp0 , G wn0 are generated, and the logical sum unit 66 Output. For example, a triangular wave comparison method is used in which the carrier signal a is a triangular wave and the carrier signal a is compared with the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * .

実効値演算部67は、3相電圧指令演算部61により演算された3相電圧指令V ,V ,V に基づき、式(2)に従ってインバータ回路30の出力電圧に相当する3相電圧指令実効値Vout を演算し、加算器68に出力する。 The effective value calculation unit 67 corresponds to the output voltage of the inverter circuit 30 according to the equation (2) based on the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * calculated by the three-phase voltage command calculation unit 61. The three-phase voltage command effective value V out * is calculated and output to the adder 68.

Figure 2019030047
Figure 2019030047

加算器68は、実効値演算部67により演算された3相電圧指令実効値Vout にオフセット値Voffsetを加算してコンデンサ電圧指令V を求め、減算器63に出力する。オフセット値Voffsetは任意の0以上の値である。 The adder 68 adds the offset value V offset to the three-phase voltage command effective value V out * calculated by the effective value calculation unit 67 to obtain a capacitor voltage command V C * , and outputs it to the subtracter 63. The offset value V offset is an arbitrary value of 0 or more.

減算器63は、加算器68により算出されたコンデンサ電圧指令V からコンデンサ印加電圧Vを減算して差分電圧ΔVを求め、短絡率演算部64に出力する。 The subtractor 63 subtracts the capacitor applied voltage V C from the capacitor voltage command V C * calculated by the adder 68 to obtain a differential voltage ΔV C and outputs it to the short-circuit rate calculating unit 64.

短絡率演算部64は、減算器63により算出された差分電圧ΔVに応じて短絡率Nを演算し、昇圧用ゲート信号生成部65に出力する。例えば、差分電圧ΔVが0に近づくような短絡率NをPI制御により演算する。 The short-circuit rate calculation unit 64 calculates the short-circuit rate N according to the differential voltage ΔV C calculated by the subtracter 63 and outputs the short-circuit rate N to the boosting gate signal generation unit 65. For example, the short-circuit rate N such that the differential voltage ΔV C approaches 0 is calculated by PI control.

昇圧用ゲート信号生成部65は、短絡率演算部64により演算された短絡率Nとキャリア信号aとに基づき、パルス信号である昇圧用ゲート信号Gを生成し、論理和部66に出力する。例えば、キャリア信号aを三角波とし、キャリア信号aと短絡率Nとを比較する三角波比較方式を使用する。 The boosting gate signal generating unit 65 generates a boosting gate signal Gz that is a pulse signal based on the short circuit rate N calculated by the short circuit rate calculating unit 64 and the carrier signal a, and outputs the boosting gate signal Gz to the logical sum unit 66. . For example, a triangular wave comparison method in which the carrier signal a is a triangular wave and the carrier signal a is compared with the short-circuit rate N is used.

論理和部66は、基本ゲート信号生成部62により生成された基本ゲート信号Gup0,Gun0,Gvp0,Gvn0,Gwp0,Gwn0と、昇圧用ゲート信号生成部65により生成された昇圧用ゲート信号Gとをそれぞれ論理和してゲート信号Gup,Gun,Gvp,Gvn,Gwp,Gwnを生成し、スイッチング素子31〜36に出力する。これらのゲート信号Gup,Gun,Gvp,Gvn,Gwp,Gwnは、それぞれインバータ回路30のスイッチング素子31〜36をオン・オフする。 The OR unit 66 includes the basic gate signals G up0 , G un0 , G vp0 , G vn0 , G wp0 , G wn0 generated by the basic gate signal generation unit 62 and the boosting gate signal generation unit 65. gate signal G up and use the gate signal G z and logical sum, respectively, G un, G vp, G vn, G wp, generates G wn, and outputs to the switching element 31 to 36. These gate signals G up , G un , G vp , G vn , G wp , G wn turn on and off the switching elements 31 to 36 of the inverter circuit 30, respectively.

図3は、電力変換装置1における主要な信号のタイムチャートを示す図であり、直流リンク電圧Vdcと、3相電圧指令V ,V ,V と、短絡率Nと、昇圧用ゲート信号Gとを示している。初期値では3相電圧指令V ,V ,V は0であり、コンデンサ印加電圧Vのほうがコンデンサ電圧指令V よりも大きいため差分電圧ΔVは負になる。差分電圧ΔVが負の場合には昇圧する必要が無いので、短絡率Nを1とし、昇圧用ゲート信号Gを出力しない。 FIG. 3 is a diagram showing a time chart of main signals in the power conversion device 1, and includes a DC link voltage V dc , a three-phase voltage command V u * , V v * , V w * , a short circuit rate N, A boosting gate signal Gz is shown. In the initial value, the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * are 0, and the capacitor applied voltage V C is larger than the capacitor voltage command V C * , so that the differential voltage ΔV C is negative. Since there is no need to boost when the difference voltage [Delta] V C is negative, the short circuit ratio N 1 does not output the boosting gate signal G z.

図4は、昇圧動作開始時の主要な信号のタイムチャートを示す図であり、直流リンク電圧Vdcと、コンデンサ印加電圧Vと、コンデンサ電圧指令V と、3相電圧指令V ,V ,V とを示している。3相電圧指令V ,V ,V が徐々に増加すると、3相電圧指令実効値Vout にオフセット値Voffsetを加算したコンデンサ電圧指令V も徐々に増加する。そして、コンデンサ電圧指令V がコンデンサ印加電圧Vよりも大きくなると、制御部70は差分電圧ΔVが0になるように短絡率Nを1より小さい値に決定し、昇圧用ゲート信号Gを出力する。短絡率Nが変化することで、コンデンサ印加電圧Vはおよそコンデンサ電圧指令Vと同じ値になる。 FIG. 4 is a diagram showing a time chart of main signals at the start of the boosting operation. The DC link voltage V dc , the capacitor applied voltage V C , the capacitor voltage command V C *, and the three-phase voltage command V u *. , V v * , V w * . When the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * are gradually increased, the capacitor voltage command V C * obtained by adding the offset value V offset to the three-phase voltage command effective value V out * is also gradually increased. When the capacitor voltage command V C * becomes larger than the capacitor applied voltage V C , the control unit 70 determines the short-circuit rate N to a value smaller than 1 so that the differential voltage ΔV C becomes 0, and the boost gate signal G z is output. As the short-circuit rate N changes, the capacitor applied voltage V C becomes approximately the same value as the capacitor voltage command V C.

上述したように、電力変換装置1の制御部70は、インバータ回路30が出力する3相電圧の指令値である3相電圧指令V ,V ,V に対応する値と、コンデンサ23,24に印加されるコンデンサ印加電圧Vとの比較に基づき、インバータ回路30を短絡させ、昇圧動作を行う。そのため、本発明によれば、インバータ回路30が出力する電圧が直流リンク電圧Vdcに近づくまでの間、昇圧動作を停止することが可能となり、昇圧動作回数の低減及びスイッチング素子31〜36の損失を低減することができる。 As described above, the control unit 70 of the power conversion device 1 has values corresponding to the three-phase voltage commands V u * , V v * , and V w * , which are the command values of the three-phase voltage output from the inverter circuit 30; based on the comparison of the capacitor voltage applied V C applied to the capacitor 23 and 24, to short-circuit the inverter circuit 30 performs the boosting operation. Therefore, according to the present invention, it is possible to stop the boost operation until the voltage output from the inverter circuit 30 approaches the DC link voltage V dc , thereby reducing the number of boost operations and the loss of the switching elements 31 to 36. Can be reduced.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。   Although the above embodiment has been described as a representative example, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, it is possible to combine a plurality of constituent blocks described in the configuration diagram of the embodiment into one, or to divide one constituent block.

本発明は、Zソース昇圧回路を有する電力変換装置に利用することが可能である。   The present invention can be used for a power converter having a Z source booster circuit.

1 電力変換装置
10 直流電源
20 Zソース昇圧回路
21,22 リアクトル
23,24 コンデンサ
25 ダイオード
30 インバータ回路
31〜36 スイッチング素子
41〜46 フリーホイールダイオード
51,52 電圧センサ
53,54 電流センサ
55 回転角度センサ
61 3相電圧指令演算部
62 基本ゲート信号生成部
63 減算器
64 短絡率演算部
65 昇圧用ゲート信号生成部
66 論理和部
67 実効値演算部
68 加算器
70 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 10 DC power supply 20 Z source booster circuit 21,22 Reactor 23,24 Capacitor 25 Diode 30 Inverter circuit 31-36 Switching element 41-46 Free wheel diode 51,52 Voltage sensor 53,54 Current sensor 55 Rotation angle sensor 61 Three-phase voltage command calculation unit 62 Basic gate signal generation unit 63 Subtractor 64 Short-circuit rate calculation unit 65 Gate signal generation unit for boosting 66 Logical sum unit 67 Effective value calculation unit 68 Adder 70 Control unit

Claims (3)

直流電源の正極側にアノード側が接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード側に接続された第1のリアクトルと、前記直流電源の負極側に接続された第2のリアクトルと、前記第1のリアクトルの入力側及び前記第2のリアクトルの出力側の間に接続された第1のコンデンサと、前記第1のリアクトルの出力側及び前記第2のリアクトルの入力側の間に接続された第2のコンデンサと、を有するZソース昇圧回路と、
複数のスイッチング素子を有し、前記Zソース昇圧回路の出力に接続されたインバータ回路と、
前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサに印加されたコンデンサ印加電圧に基づき、前記複数のスイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記インバータ回路が出力する3相電圧の指令値である3相電圧指令に対応する値と前記コンデンサ印加電圧との比較に基づき、前記インバータ回路を短絡させることを特徴とする電力変換装置。
A diode having an anode connected to the positive electrode side of the DC power supply, a first reactor connected to the cathode side of the diode, a second reactor connected to the negative electrode side of the DC power supply, and the first reactor A first capacitor connected between the input side of the first reactor and the output side of the second reactor, and a second capacitor connected between the output side of the first reactor and the input side of the second reactor. A Z source booster circuit having a capacitor;
An inverter circuit having a plurality of switching elements and connected to the output of the Z source booster circuit;
A control unit that controls the plurality of switching elements based on a capacitor applied voltage applied to the first capacitor and the second capacitor;
The control unit short-circuits the inverter circuit based on a comparison between a value corresponding to a three-phase voltage command that is a command value of a three-phase voltage output from the inverter circuit and the capacitor applied voltage. Conversion device.
前記制御部は、
前記3相電圧指令を演算する3相電圧指令演算部と、
前記3相電圧指令、前記コンデンサ印加電圧、前記直流電源の出力電圧、及びキャリア信号に基づき、スイッチング素子の基本ゲート信号を生成する基本ゲート信号生成部と、
前記3相電圧指令に対応する値と前記コンデンサ印加電圧との差分に応じて短絡率を演算する短絡率演算部と、
前記短絡率と前記キャリア信号に基づき昇圧用ゲート信号を生成する昇圧用ゲート信号生成部と、
前記基本ゲート信号と昇圧用ゲート信号を論理和して前記スイッチング素子のゲート信号を生成する論理和部と、
を備えることを特徴とする、請求項1に記載の電力変換装置。
The controller is
A three-phase voltage command calculation unit for calculating the three-phase voltage command;
A basic gate signal generating unit that generates a basic gate signal of a switching element based on the three-phase voltage command, the capacitor applied voltage, the output voltage of the DC power supply, and a carrier signal;
A short-circuit rate calculating unit that calculates a short-circuit rate according to a difference between a value corresponding to the three-phase voltage command and the capacitor applied voltage;
A boosting gate signal generator for generating a boosting gate signal based on the short-circuit rate and the carrier signal;
ORing the basic gate signal and the boosting gate signal to generate a gate signal of the switching element;
The power conversion device according to claim 1, comprising:
前記3相電圧指令に対応する値は、前記3相電圧指令の実効値にオフセットを加えた値であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電力変換装置。
3. The power conversion device according to claim 1, wherein the value corresponding to the three-phase voltage command is a value obtained by adding an offset to an effective value of the three-phase voltage command.
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