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PWMインバータの制御方法および制御装置 コモンズ

国内特許コード P120008401
整理番号 DP1487
掲載日 2012年12月7日
出願番号 特願2011-121588
公開番号 特開2012-039853
登録番号 特許第5807860号
出願日 平成23年5月31日(2011.5.31)
公開日 平成24年2月23日(2012.2.23)
登録日 平成27年9月18日(2015.9.18)
優先権データ
  • 特願2010-158377 (2010.7.13) JP
発明者
  • 加藤 利次
  • 井上 馨
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 PWMインバータの制御方法および制御装置 コモンズ
発明の概要 【課題】スイッチ状態が変化する相の数を最小とし、不要なスイッチング損失の発生を防ぐことができるPWMインバータの制御方法および制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るPWMインバータの制御方法は、三相2レベル形PWMインバータの各スイッチ状態に対応する8つのスイッチベクトルV~Vの選択を切り替えながら、当該PWMインバータを空間ベクトル制御する方法であって、スイッチベクトルV~Vの選択を切り替える前後でスイッチ状態が変化する相の数が1であるスイッチベクトルV~Vの組み合わせを予めルール化しておき、任意の出力ベクトルVを得るために必要なスイッチベクトルV~Vを選択する際に、予め作成した上記のルールに含まれている組み合わせを辿りながらスイッチベクトルV~Vを選択することを特徴としている。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要


図1に示すように、三相2レベル形のPWMインバータ1aは、制御部3によって制御されるインバータ部2からなり、インバータ部2の各相出力が三相負荷4に接続されている。同図に示すように、インバータ部2はIGBT等からなる6つのスイッチSW1~SW6を有し、このうち、スイッチSW1、SW2はU相アームを、スイッチSW3、SW4はV相アームを、スイッチSW5、SW6はW相アームをそれぞれ構成する。各スイッチSW1~SW6の導通状態は、制御部3の制御下で切り替えられる。



PWMインバータ1aの制御方法は、従来から種々の方法が検討されている。その1つである空間ベクトル制御では、インバータ部2の各スイッチ状態に対応する2=8個のスイッチベクトルV~V(図2参照)のうちの少なくとも1つを選択することによりPWMインバータ1aを制御する(例えば、特許文献1参照)。ここで、各スイッチベクトルV~Vの括弧内の数字“1”は、各相アームの上側スイッチがオン(下側スイッチはオフ)していることを示し、“0”は、各相アームの下側スイッチがオン(上側スイッチはオフ)していることを示す。各スイッチベクトルV~Vとスイッチ状態の関係は、下表の通りである。
【表1】




なお、本明細書では、各相アームのスイッチ状態が同一で出力電圧がゼロとなるスイッチベクトル(V、V、後述するV26)を「ゼロスイッチベクトル」と呼び、その他のスイッチベクトル(V~V、後述するV~V25)を「非ゼロスイッチベクトル」と呼ぶこととする。



この空間ベクトル制御では、出力電圧を任意の波形に制御することができる。また、この空間ベクトル制御では、PWMインバータ1aの出力状態をモードI~VIに相当する6つの領域に分割して捉える(図3参照)。各モードの領域内にある任意の出力ベクトルVは、上記スイッチベクトルV~Vのベクトル的組み合わせにより表現することができる。つまり、空間ベクトル制御では、任意の制御則にしたがって出力ベクトルVを決定するとともに、当該出力ベクトルVを得るためのスイッチベクトルを選択し、インバータ部2を選択したスイッチベクトルに対応したスイッチ状態とすることにより、PWMインバータ1aを制御する。



例えば、図3の時間tにおける出力ベクトルVはモードIIの領域内にあるので、出力ベクトルVはスイッチベクトルV、V、VまたはスイッチベクトルV、V、Vのベクトル的組み合わせにより表現することができる。すなわち、3つのスイッチベクトルV(V)、V、Vを順次選択し、インバータ部2を各スイッチベクトルV(V)、V、Vに対応したスイッチ状態とすることにより、時間tにおける所定の各相出力電圧を得ることができる。



なお、上記出力ベクトルVは、例えば、各相出力電圧を正弦波状とする場合は、PWMインバータ1aの各相出力電圧が1周期変化する間に、図2の六角形内にある円軌道上を半時計周りに1周する。言い換えると、出力ベクトルVは、PWMインバータ1aの出力が電気角で60°変化する度にモードI→モードII→・・・→モードVI→モードI・・・に対応した領域内を順次移動していく。前記の通り、出力電圧Vは、任意の制御則にしたがって生成されるのが一般的である。

産業上の利用分野


本発明は、PWMインバータの制御方法および制御装置に関し、特にスイッチベクトルを用いてPWMインバータを空間ベクトル制御する方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
三相2レベル形PWMインバータの各スイッチ状態に対応する8つのスイッチベクトルV~Vの選択を切り替えながら、当該PWMインバータを空間ベクトル制御する方法であって、
前記スイッチベクトルV~Vの選択を切り替える前後でスイッチ状態が変化する相の数が1以下である前記スイッチベクトルV~Vの組み合わせを、1つ前のスイッチサイクルにおいて最後に選択したスイッチベクトルである直前スイッチベクトル毎に用意された8個のテーブルによってルール化しておき、
前記PWMインバータの出力変化の1周期を、前記スイッチベクトルV~V表現可能なモードI~VIに対応する6つの領域に分割して捉え、
前記領域の1つに含まれる任意の出力ベクトルVを得るために必要な3つのスイッチベクトルを前記スイッチベクトルV~V中から選択する際に、前記直前スイッチベクトルに対応する前記テーブルの、前記出力ベクトルVを含む前記領域に対応するモードに関する部分を参照し、当該部分において指定された3つのスイッチベクトルを当該部分において指定された順序で選択していくことを特徴とする制御方法。

【請求項2】
1に示す前記8個のテーブルの、前記出力ベクトルVを含む前記領域に対応するモードに関する部分を参照して、出力順序ベクトルV、V、Vの順序で3つのスイッチベクトルを選択することを特徴とする請求項1に記載の制御方法。
【表1】



【請求項3】
三相2レベル形PWMインバータの各スイッチ状態に対応する8つのスイッチベクトルV~Vの選択を切り替えながら、当該PWMインバータを空間ベクトル制御する方法であって、
前記スイッチベクトルV~Vの選択を切り替える前後でスイッチ状態が変化する相の数が1以下である前記スイッチベクトルV~Vの組み合わせを表2によってルール化しておき、
前記PWMインバータの出力変化の1周期を、前記スイッチベクトルV~Vで表現可能なモードI~VIに対応する6つの領域に分割して捉え、
前記領域の1つに含まれる任意の出力ベクトルVを得るために必要なスイッチベクトルを前記スイッチベクトルV~Vの中から選択する際に、
i)起点スイッチベクトルとして予めゼロスイッチベクトルVを選択した場合は、表2(A)の、前記出力ベクトルVを含む前記領域に対応するモドに関する部分を参照し、出力順序ベクトルV、V、V、V、V、Vの順序で6つのスイッチベクトルを選択し、
ii)前記起点スイッチベクトルとして予めゼロスイッチベクトルVを選択した場合は、表2(B)の、前記出力ベクトルVを含む前記領域に対応するモドに関する部分を参照し、出力順序ベクトルV、V、V、V、V、Vの順序で6つのスイッチベクトルを選択する、
ことを特徴とする制御方法。
【表2】



【請求項4】
三相レベル形PWMインバータ(ただし、nは3以上の整数)の各スイッチ状態に対応する複数のスイッチベクトル~V(n^3-1)の選択を切り替えながら、当該PWMインバータを空間ベクトル制御する方法であって、
前記スイッチベクトル~V(n^3-1)の選択を切り替える前後で導通状態が変化するスイッチの数が最小となる前記スイッチベクトル~V(n^3-1)の組み合わせを、1つ前のスイッチサイクルにおいて最後に選択したスイッチベクトルである直前スイッチベクトル毎に用意されたn^3個のテーブルによってルール化しておき、
前記PWMインバータの出力変化の1周期を、前記スイッチベクトル~V(n^3-1)表現可能な複数の細分化モードに対応する複数の領域に分割して捉え、
前記領域の1つに含まれる任意の出力ベクトルVを得るために必要な3つのスイッチベクトルを前記スイッチベクトル~V(n^3-1)の中から選択する際に、前記直前スイッチベクトルに対応する前記テーブルの、前記出力ベクトルVを含む前記領域に対応する細分化モードに関する部分を参照し、当該部分において指定された3つのスイッチベクトルを当該部分において指定された順序で選択していくことを特徴とする制御方法。

【請求項5】
PWMインバータの各スイッチ状態に対応するスイッチベクトルのうちの少なくとも1つを請求項1~4のいずれかに記載の制御方法で選択し、選択した前記スイッチベクトルに対応するスイッチ状態となるように、インバータ部を構成する各スイッチの導通状態を変化させることを特徴とするPWMインバータの制御装置。

【請求項6】
前記インバータ部に、昇降圧部によって昇圧または降圧された後の直流電圧が入力されることを特徴とする請求項5に記載のPWMインバータの制御装置。
産業区分
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011121588thum.jpg
出願権利状態 登録
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