(57)【要約】【課題】マルチレベル電力変換装置を構成する自己消弧形素子のスイッチング時に生じる、電流リプルの影響による電流検出値の誤差を抑制できるようにする。【解決手段】図はスイッチング素子の制御回路を示し、３相のうちの例えばＵ相では、電流指令Ｉｕ＊と実際値との偏差をＧｕ（ｓ）にて比較増幅して得た出力に、補償量Ｈｕを加えて電圧指令ｅｕを求め、電圧指令分配器ＶＤｕに入力してｅｕ１，２を演算する。ＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ−Ｕではｅｕ１，２を適宜加工して新たな電圧指令を選択的に出力し、その出力を三角波ＴＲＧＳの山または谷において三角波と比較したときの結果から、各相を形成する直列接続素子への出力ＮＧ１ｕ，ＮＧ２ｕを「Ｈ」または「Ｌ」として出力することで、電流検出のタイミングでは素子をスイッチングさせないようにする。【選択図】図１
2006238583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己消弧形素子をスイッチング素子とし３レベル以上の電圧を出力可能なマルチレベル電力変換装置をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するためＰＷＭパルス発生方式において、
電流検出を行なうタイミング付近では、前記自己消弧形素子がスイッチングしないように、自己消弧形素子に対する電圧指令値を補正する補正手段を設けたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパルス発生方式。
【請求項２】
前記電流検出のタイミングを、ＰＷＭ制御のために用いられる三角波の山付近、または谷付近、もしくは山付近と谷付近の双方のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載のマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパルス発生方式。
【請求項３】
前記電圧指令値を補正するための任意の１相の電圧量を他の相にも相互に与え、線間電圧の出力制御誤差の抑制を図ることを特徴とする請求項１また２に記載のマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパルス発生方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、３レベル以上の電圧を出力し得るマルチレベル電力変換装置、特にそのＰＷＭ（パルス幅変調）パルス発生方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換装置として、例えば特許文献１に示すものがある。図６に、その特許文献１で図９として示される例を示す。図６において、Ｖｄ１，Ｖｄ２は直流電圧源、Ｃ１，Ｃ２は平滑コンデンサ、ＳＵ１〜ＳＵ４，ＳＶ１〜ＳＶ４，ＳＷ１〜ＳＷ４は自己消弧形素子、ＤＵ１〜ＤＵ４，ＤＶ１〜ＤＶ４，ＤＷ１〜ＤＷ４はフリーホイールダイオード、ＣＤＵ１，ＣＤＵ２，ＣＤＶ１，ＣＤＶ２，ＣＤＷ１，ＣＤＷ２はクランプダイオード、ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷは電流検出器、ＬＤは負荷である。
【０００３】
上記電力変換装置の、例えばＵ相の出力電圧Ｖｕは次の３レベルの値に制御される。
ＳＵ１とＳＵ２とがオンのとき：Ｖｕ＝＋Ｖｄ１
ＳＵ２とＳＵ３とがオンのとき：Ｖｕ＝０
ＳＵ３とＳＵ４とがオンのとき：Ｖｕ＝−Ｖｄ２
なお、Ｖ相，Ｗ相の出力電圧Ｖｖ，Ｖｗについても、上記出力電圧Ｖｕと同じように制御される。
【０００４】
図７は、特許文献１に図１０として示される電力変換装置の制御ブロック図である。
すなわち、Ｕ相の制御部は比較器Ｃｕ、比較増幅器Ｇｕ、加算器Ａｕ、ＰＷＭ制御回路ＰＷＭ−Ｕから構成される。Ｖ相もＷ相も同じ構成となっており、三角波発生器ＴＲＧは各相のＰＷＭ制御回路ＰＷＭ−Ｕ，Ｖ，Ｗに共通の三角波信号Ｘ，Ｙを出力している。
例えば、Ｕ相の比較器Ｃｕは電流指令値Ｉｕ＊と電流指令値Ｉｕとを比較し、その偏差を比較増幅器Ｇｕに通し、加算器Ａｕで補償電圧量Ｈｕと加算する。その加算値ｅｕが電圧指令値としてＰＷＭ制御回路ＰＷＭ−Ｕに入力されてＰＷＭ信号Ｇ１ｕ，Ｇ２ｕが生成される。補償量Ｈｕは負荷の電圧降下分，モータの誘起電圧分，電源系統電圧分などの外乱分を補償する電圧である。以上の機能は、他の相も同様である。
【０００５】
図７の動作を、図８に示す。
Ｕ相の電圧指令値ｅｕが三角波信号Ｘよりも大きいときにはＰＷＭ信号Ｇ１ｕは「Ｈ」レベルとなり、小さいときには「Ｌ」レベルとなる。また、電圧指令値ｅｕが三角波信号Ｙよりも大きいときにはＰＷＭ信号Ｇ２ｕは「Ｈ」レベルとなり、小さいときには「Ｌ」レベルとなる。自己消弧形素子ＳＵ１〜ＳＵ４は、以下に示すルールに従ってオン・オフ動作を行なう。他の相も同様に行なわれる。
【０００６】
ＳＵ１：Ｇ１ｕが「Ｈ」レベルのときオン，「Ｌ」レベルのときオフ
ＳＵ２：Ｇ２ｕが「Ｈ」レベルのときオン，「Ｌ」レベルのときオフ
ＳＵ３：Ｇ１ｕが「Ｌ」レベルのときオン，「Ｈ」レベルのときオフ
ＳＵ４：Ｇ２ｕが「Ｌ」レベルのときオン，「Ｈ」レベルのときオフ
上記のように動作することで、図８に示すマルチレベル（＋Ｖｄ１，０，−Ｖｄ２）として、出力電圧の高調波成分を低減するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−２０７７５３号公報（第２頁、図９−１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電力変換器制御における電流検出は、三角波に同期して行なうのが一般的である。上述のマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパルス発生方式では、三角波の山や谷においても自己消弧形素子がスイッチングする場合がある。そのため、電流を検出するタイミングを三角波のいかなるところに設定しても、自己消弧形素子のスイッチングによる電流リプルの影響を受けて、電流検出値の誤差が大きくなると云う問題がある。
したがって、この発明の課題は、自己消弧形素子のスイッチングで生じる、電流リプルの影響による電流検出値の誤差を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、自己消弧形素子をスイッチング素子とし３レベル以上の電圧を出力可能なマルチレベル電力変換装置をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御するものにおいて、
電流検出を行なうタイミング付近では、前記自己消弧形素子がスイッチングしないように、自己消弧形素子に対する電圧指令値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１の発明においては、前記電流検出のタイミングを、ＰＷＭ制御のために用いられる三角波の山付近、または谷付近、もしくは山付近と谷付近の双方のいずれかとすることができ（請求項２の発明）、これら請求項１または２の発明においては、前記電圧指令値を補正するための任意の１相の電圧量を他の相にも相互に与え、線間電圧の出力制御誤差の抑制を図ることができる（請求項３の発明）。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２の発明によれば、電流の検出タイミングを三角波の山・谷に設定することで、自己消弧形素子のスイッチングで生じる電流リプルの影響による電流検出誤差を抑制することができる。
また、請求項３の発明によれば、電圧指令値を補正するための任意の１相の電圧量を他の相にも相互に与えることで、線間電圧の出力制御誤差の抑制を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
例えば、Ｕ相の制御部は、比較器Ｃｕ、比較増幅器Ｇｕ、加算器Ａｕ、電圧指令分配器ＶＤｕおよびＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ−Ｕから構成される。Ｖ相もＷ相も同じ構成となっており、三角波発生器ＮＴＲＧは各相のＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ−Ｕ，Ｖ，Ｗに共通の三角波信号ＴＲＧＳを出力している。
【００１３】
次に、Ｕ相制御部の動作について説明する。なお、比較器Ｃｕ、比較増幅器Ｇｕ、加算器Ａｕについては図７の説明と同じなので省略する。
電圧指令分配器ＶＤｕは、電圧指令値ｅｕを入力とし、下記（１），（２）式に従って分配電圧指令値ｅｕ１，ｅｕ２を演算する。
ｅｕ１＝２×ｅｕ−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２（ｅｕ≧０）
＝−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２        （ｅｕ＜０）
…（１）
ｅｕ２＝＋（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２        （ｅｕ≧０）
＝２×ｅｕ−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２（ｅｕ＜０）
…（２）
【００１４】
図２にＰＷＭ制御回路の具体例を示す。
図示のように、例えばＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ−Ｕは下限制限器ＬＬＭＴ、上限制限器ＵＬＭＴ、選択器ＳＥＬ１，２および大小判定器（比較器）ＣＭＰ１，２から構成される。その動作について、図３も参照しながら説明する。
下限制限器ＬＬＭＴは分配電圧指令値ｅｕ１を入力とし、下限制限の分配電圧指令値ｅｕ１Ｌを出力する。
【００１５】
選択器ＳＥＬ１は通常はｅｕ１Ｌ側を選択して出力し、三角波ＴＲＧＳが山付近で、かつ、分配電圧指令値ｅｕ１が下記（３）式に示す最小電圧ｅｍｉｎであるときに、最小電圧側を選択するように切替え、三角波ＴＲＧＳが山付近で、かつ、分配電圧指令値ｅｕ１がｅｍｉｎより大きくなるまでｅｍｉｎ側を出力し続ける。大小判定器ＣＭＰ１は、選択器ＳＥＬ１の出力であるｅｕ１’が、三角波信号ＴＲＧＳよりも大きいときには、ＰＷＭ信号ＮＧ１ｕを「Ｈ」レベルで出力し、小さいときには「Ｌ」レベルで出力する。
ｅｍｉｎ＝−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２…（３）
【００１６】
上限制限器ＵＬＭＴは分配電圧指令値ｅｕ２を入力し、上限制限の電圧指令値ｅｕ２Ｌを出力する。選択器ＳＥＬ２は通常はｅｕ２Ｌ側を選択して出力し、三角波ＴＲＧＳが谷付近で、かつ、分配電圧指令値ｅｕ２が下記（４）式に示す最大電圧ｅｍａｘであるときに、最大電圧側を選択するように切替え、三角波ＴＲＧＳが谷付近で、かつ、分配電圧指令値ｅｕ２がｅｍａｘより小さくなるまでｅｍａｘ側を出力し続ける。大小判定器ＣＭＰ２は、選択器ＳＥＬ２の出力であるｅｕ２’が、三角波信号ＴＲＧＳよりも大きいときには、ＰＷＭ信号ＮＧ２ｕを「Ｈ」レベルで出力し、小さいときには「Ｌ」レベルで出力する。
ｅｍａｘ＝＋（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２…（４）
【００１７】
自己消弧形素子ＳＵ１〜ＳＵ４は、以下に示すルールに従ってオン・オフ動作を行なう。
ＳＵ１：ＮＧ１ｕが「Ｈ」レベルのときオン，「Ｌ」レベルのときオフ
ＳＵ２：ＮＧ２ｕが「Ｈ」レベルのときオン，「Ｌ」レベルのときオフ
ＳＵ３：ＮＧ１ｕが「Ｌ」レベルのときオン，「Ｈ」レベルのときオフ
ＳＵ４：ＮＧ２ｕが「Ｌ」レベルのときオン，「Ｈ」レベルのときオフ
【００１８】
上記のように動作することで、図３に示すように、三角波の山および谷付近のスイッチングを避けつつ、従来と同等の電圧Ｖｕを出力することができ、同様にして電圧Ｖｖ，Ｖｗを出力することができる。
つまり、三角波の山および谷付近で電流をサンプリングするようにすることで、自己消弧形素子のスイッチングで生じる電流リプルの影響を受け難い電流検出が可能となる。
【００１９】
図４にこの発明の第２の実施の形態を示す。
例えば、Ｕ相の制御部は、比較器Ｃｕ、比較増幅器Ｇｕ、加算器Ａｕ，Ａｕ１、電圧指令分配器ＶＤｕおよびＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ２−Ｕから構成される。Ｖ相もＷ相も同じ構成となっており、三角波発生器ＮＴＲＧは各相のＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ２−Ｕ，Ｖ，Ｗに共通の三角波信号ＴＲＧＳを出力している。
【００２０】
次に、Ｕ相制御部の動作について説明する。なお、比較器Ｃｕ、比較増幅器Ｇｕ、加算器Ａｕについては図７の説明と同じなので省略する。
加算器Ａｕ１は加算器Ａｕの出力である電圧指令ｅｕと、Ｖ相のＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ２−Ｖから出力されるＶ相過不足電圧Δｅｖと、Ｗ相のＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ２−Ｗから出力されるＷ相過不足電圧Δｅｗとを加算し、補正後の電圧指令ｅｕｃを出力する。つまり、任意の１相の電圧量を他の相にも相互に与え、線間電圧の出力制御誤差の抑制を図るものと言える。
【００２１】
電圧指令分配器ＶＤｕは、電圧指令値ｅｕｃを入力とし、下記（５），（６）式に従って分配電圧指令値ｅｕｃ１，ｅｕｃ２を演算する。
ｅｕｃ１＝２×ｅｕｃ−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２（ｅｕｃ≧０）
＝−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２        （ｅｕｃ＜０）
…（５）
ｅｕｃ２＝＋（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２        （ｅｕｃ≧０）
＝２×ｅｕｃ−（Ｖｄ１＋Ｖｄ２）／２（ｅｕｃ＜０）
…（６）
【００２２】
図５にＰＷＭ制御回路の具体例を示す。
例えばＰＷＭ制御回路ＮＰＷＭ２−Ｕは下限制限器ＬＬＭＴ、上限制限器ＵＬＭＴ、選択器ＳＥＬ１，２、大小判定器ＣＭＰ１，２、減算器ＳＢ１，ＳＢ２および加算器ＡＤから構成される。下限制限器ＬＬＭＴ、上限制限器ＵＬＭＴ、選択器ＳＥＬ１，２、大小判定器ＣＭＰ１，２については図２と同様なので説明を省略し、相違する点について以下に説明する。
減算器ＳＢ１は、選択器ＳＥＬ１の出力である分配電圧指令値ｅｕ１’から分配電圧指令値ｅｕ１の減算を行なう。加算器ＡＤは減算器ＳＢ１の出力と、減算器ＳＢ２の出力との加算を行ない、過不足電圧Δｅｕを出力する。
【００２３】
以上のように動作させることで、図１の場合と同様に、三角波の山および谷付近のスイッチングを避けつつ、三相線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを従来の場合と同様に出力することが可能となる。
つまり、三角波の山および谷付近で電流をサンプリングするようにすることで、三相の線間電圧を従来の場合と同様に出力しつつ、自己消弧形素子のスイッチングで生じる電流リプルの影響を受け難い電流検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す構成図
【図２】図１のＰＷＭ制御回路の具体例を示すブロック図
【図３】図１のＵ相制御部の動作説明図
【図４】この発明の第２の実施形態を示す構成図
【図５】図４のＰＷＭ制御回路の具体例を示すブロック図
【図６】従来技術を示す構成図
【図７】図６で用いられる制御装置の具体例を示すブロック図
【図８】図７の動作説明図
【符号の説明】
【００２５】
Ｖｄ１，Ｖｄ２…直流電圧源、Ｃ１，Ｃ２…平滑コンデンサ、ＳＵ１〜ＳＵ４，ＳＶ１〜ＳＶ４，ＳＷ１〜ＳＷ４…自己消弧形素子、ＤＵ１〜ＤＵ４，ＤＶ１〜ＤＶ４，ＤＷ１〜ＤＷ４…フリーホイールダイオード、ＣＤＵ１〜ＣＤＵ４，ＣＤＶ１〜ＣＤＶ４，ＣＤＷ１〜ＣＤＷ４…クランプダイオード、ＣＴＵ，ＣＴＶ，ＣＴＷ…電流検出器、ＬＤ…負荷、Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗ…比較器、Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ…比較増幅器、Ａｕ，Ａｖ，Ａｗ，Ａｕｌ，Ａｖｌ，Ａｗｌ，ＡＤ…加算器、ＰＷＭ−Ｕ，ＰＷＭ−Ｖ，ＰＷＭ−Ｗ，ＮＰＷＭ−Ｕ，ＮＰＷＭ−Ｖ，ＮＰＷＭ−Ｗ，ＮＰＷＭ２−Ｕ，ＮＰＷＭ２−Ｖ，ＮＰＷＭ２−Ｗ…ＰＷＭ制御回路、ＴＲＧ，ＮＴＲＧ…三角波発生器、ＶＤｕ，ＶＤｖ，ＶＤｗ…電圧指令分配器、ＬＬＭＴ…下限制限器、ＵＬＭＴ…上限制限器、ＳＥＬ１，ＳＥＬ２…選択器、ＣＭＰ１，ＣＭＰ２…大小判定器、ＳＢ１，ＳＢ２…減算器。
【図１】
2006238583.tif 000003
【図２】
2006238583.tif 000004
【図３】
2006238583.tif 000005
【図４】
2006238583.tif 000006
【図５】
2006238583.tif 000007
【図６】
2006238583.tif 000008
【図７】
2006238583.tif 000009
【図８】
2006238583.tif 000010