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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 P140010765
整理番号 DP1501
掲載日 2014年7月17日
出願番号 特願2011-285062
公開番号 特開2013-135554
登録番号 特許第5963235号
出願日 平成23年12月27日(2011.12.27)
公開日 平成25年7月8日(2013.7.8)
登録日 平成28年7月8日(2016.7.8)
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】スイッチング回数と相電流の両方に着目することにより、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】本発明に係る制御方法は、スイッチサイクルが切り替わる際に、出力ベクトルがどのモードの領域に含まれるのかを特定し、スイッチベクトルを予め定められた複数の出力順序パターンにしたがって順次選択する際にスイッチ状態が変化しない節約相を特定可能とした第1のルールと、スイッチベクトルの選択を切り替える際にスイッチ状態が変化する変化相を特定可能とした第2のルールとに基づいて、節約相および変化相を特定し、変化相の相電流に定数k(ただし、0<k<1)を乗じた値から節約相の相電流を減じた値が最小となる出力順序パターンを選択し、該出力順序パターンにしたがってスイッチベクトルの選択を切り替える。
【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を適当な順序で選択し、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。

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PWMインバータの各スイッチ状態に対応する複数のスイッチベクトル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PWMインバータの出力変化の1周期を、前記複数のスイッチベクトルのうちのいくつかのスイッチベクトルで表現可能な複数の領域に分割して捉え、
イッチサイクルが切り替わる際に、
任意の出力ベクトルが前記複数の領域のうちのどの領域に含まれるのかを特定し、
特定した前記領域を表現するいくつかのスイッチベクトルを予め定められた複数の出力順序パターンにしたがって順次選択する際にスイッチ状態が変化しない節約相を特定可能とした第1のルールと、前記複数のスイッチベクトルの選択を任意に切り替える際にスイッチ状態が変化する変化相を特定可能とした第2のルールとに基づいて、新しいスイッチサイクルにおける前記節約相と、スイッチサイクルが切り替わる際の前記変化相を特定し、
特定した前記変化相の相電流に予め定められた定数k(ただし、0<k<1)を乗じた値から特定した前記節約相の相電流を減じることにより前記複数の出力順序パターンのそれぞれの評価値を算出するとともに、前記評価値が最小となる出力順序パターンを前記複数の出力順序パターンの中から選択し、
選択した前記出力順序パターンにしたがって前記いくつかのスイッチベクトルの選択を切り替えていくことを特徴とする制御方法。

【請求項2】
前記出力順序パターンは、特定した前記領域に関係する前記いくつかのスイッチベクトルを、スイッチ状態の変化が最小となるように並べたものであることを特徴とする請求項1に記載の制御方法。

【請求項3】
複数のスイッチからなるインバータ部を備えたPWMインバータにおいて、前記スイッチの導通状態を制御する制御装置であって、
請求項1または2に記載の制御方法により前記スイッチの導通状態を変化させることを特徴とする制御装置。

【請求項4】
昇降圧部と、前記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、複数のスイッチからなるインバータ部を備えたPWMインバータにおいて、前記スイッチの導通状態を制御する制御装置であって、
請求項1または2に記載の制御方法により前記スイッチの導通状態を変化させることを特徴とする制御装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011285062thum.jpg
出願権利状態 登録
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