JP6486488B2 - Power conversion device and refrigeration cycle device including the same - Google Patents

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Description

本発明は、三相全波整流方式の電力変換装置、および、それを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。   The present invention relates to a three-phase full-wave rectification type power conversion device and a refrigeration cycle device including the same.

冷凍空気調和装置の圧縮機およびファン等のモーターを駆動する大容量の電力変換装置において、従来、電源力率および電源電流高調波を改善した三相全波整流方式の電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In a large-capacity power converter that drives a motor such as a compressor and a fan of a refrigeration air conditioner, a three-phase full-wave rectification type power converter with improved power factor and power current harmonic has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

特許文献1は、三相交流電源を整流する三相整流器と、リアクトル、スイッチング素子、および、逆流防止素子を備え、三相整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバーター部と、昇圧コンバーター部のスイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、昇圧コンバーター部の出力を平滑する平滑コンデンサーと、昇圧コンバーター部の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、交流電圧をモーターに供給するインバーター回路と、インバーター回路を駆動するインバーター駆動手段と、を備え、スイッチング制御部は、電源電流が矩形波となるように、スイッチング素子のオンデューティを制御するものである。   Patent Document 1 includes a three-phase rectifier that rectifies a three-phase AC power source, a reactor, a switching element, and a backflow prevention element, and includes a boost converter section that boosts the output voltage of the three-phase rectifier by chopping, and a boost converter section. A switching control unit that controls the switching element, a smoothing capacitor that smoothes the output of the boost converter unit, an inverter circuit that converts the DC voltage that is the output of the boost converter unit into an AC voltage, and supplies the AC voltage to the motor, and an inverter And an inverter driving means for driving the circuit, and the switching control unit controls the on-duty of the switching element so that the power supply current becomes a rectangular wave.

特許文献1では、電源電流が矩形波となるため、三相整流器の直後にDCリアクトルを用いる場合に比べ、特に電源電流高調波の5次調波成分が少なくなり、高調波規制の観点から優位である。   In Patent Document 1, since the power supply current is a rectangular wave, the fifth-order harmonic component of the power supply current harmonic is particularly reduced compared to the case where a DC reactor is used immediately after the three-phase rectifier, which is advantageous from the viewpoint of harmonic regulation. It is.

特開2010−187521号公報JP 2010-187521 A

特許文献1に記載の従来の電力変換装置では、三相整流器直後の電圧が昇圧コンバーター部の入力となる。一般的に三相整流器直後の電圧は、電源周波数の6倍の周波数(商用周波数60Hzでは360Hz)で脈動することが知られている。そして、その脈動により昇圧コンバーター部の入力電圧が一定値にならないことから、リアクトルの両端に印加される電圧、つまり、リアクトル電圧が一定値にならず、昇圧コンバーター部のリアクトル電流を一定値に制御することが困難である。   In the conventional power converter described in Patent Document 1, the voltage immediately after the three-phase rectifier is input to the boost converter unit. In general, it is known that the voltage immediately after the three-phase rectifier pulsates at a frequency six times the power supply frequency (360 Hz at a commercial frequency of 60 Hz). Since the input voltage of the boost converter unit does not become constant due to the pulsation, the voltage applied to both ends of the reactor, that is, the reactor voltage does not become constant, and the reactor current of the boost converter unit is controlled to a constant value. Difficult to do.

脈動が生じる中でリアクトル電流を一定値に制御するには、電流制御系の応答を十分高くする必要がある。そこで、電流制御系の応答を高くするためにキャリア周波数を高くすると、電力変換装置の損失の上昇およびノイズの増加等が発生するという課題があった。さらに、キャリア周波数を高くすると、制御周期が短くなるため、より限られた時間の中で演算を終了させる必要が生じてくる。そのため、高性能な制御装置が必要となり、コスト増大の原因となっていた。そこで、繰り返し制御を用いることでキャリア周波数を低減することが可能となるが、電源位相のずれが発生すると、過去の情報を用いて制御を行う繰り返し制御の制御性が悪化してしまうという課題があった。   In order to control the reactor current to a constant value while pulsation occurs, it is necessary to sufficiently increase the response of the current control system. Therefore, when the carrier frequency is increased in order to increase the response of the current control system, there is a problem that an increase in loss of the power conversion device and an increase in noise occur. Further, when the carrier frequency is increased, the control cycle is shortened, so that the calculation needs to be completed within a more limited time. Therefore, a high-performance control device is required, which causes an increase in cost. Therefore, it is possible to reduce the carrier frequency by using repetitive control, but if a power supply phase shift occurs, there is a problem that the controllability of repetitive control in which control is performed using past information deteriorates. there were.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、キャリア周波数を低減しつつ、電流制御性能を向上させた電力変換装置、および、それを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a power conversion device that improves the current control performance while reducing the carrier frequency, and a refrigeration cycle device including the power conversion device. It is an object.

本発明に係る電力変換装置は、三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧または相電圧を検出する電圧検出器と、前記三相交流電源を整流する三相整流器と、リアクトルおよびスイッチング素子を有し、前記三相整流器の出力を昇圧または降圧するコンバーター部と、前記コンバーター部の出力電圧を平滑する平滑コンデンサーと、前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、前記電圧検出器により検出した電圧の電源位相角を計算する位相角算出部と、リアクトル電流を検出する電流検出器と、を備え、前記スイッチング制御部は、前記リアクトル電流から電流偏差を算出し、出力する減算器と、前記電流偏差を蓄積する積分器と、前記減算器が出力した前記電流偏差を前記積分器に蓄積し、前記電源位相角に基づくタイミングで前記積分器から前記電流偏差を出力する繰り返し制御部と、前記減算器が出力した前記電流偏差と前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差とを加算し、出力する加算器と、前記加算器が出力した値に基づいて前記スイッチング素子のON/OFF信号を生成するスイッチング信号決定部と、を備え、前記減算器が出力した前記電流偏差を前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差と前記加算器にて加算する処理を前記三相交流電源の1周期毎繰り返すものである。 A power conversion device according to the present invention includes a voltage detector that detects at least one line voltage or phase voltage of a three-phase AC power supply, a three-phase rectifier that rectifies the three-phase AC power supply, a reactor, and a switching element. A converter for stepping up or down the output of the three-phase rectifier, a smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the converter, a switching controller for controlling the switching element, and a voltage detected by the voltage detector. A phase angle calculation unit that calculates a power supply phase angle; and a current detector that detects a reactor current, wherein the switching control unit calculates a current deviation from the reactor current and outputs the current deviation; and the current deviation And an integrator for accumulating the current deviation output from the subtractor in the integrator, and a timing based on the power supply phase angle. A repeat control unit that outputs the current deviation from the integrator, an adder that adds and outputs the current deviation output from the subtractor and the current deviation output from the repeat control unit, and the adder A switching signal determining unit that generates an ON / OFF signal of the switching element based on a value output from the subtractor, and adding the current deviation output from the subtractor and the current deviation output from the repetitive control unit The process of adding in the vessel is repeated for each cycle of the three-phase AC power supply.

本発明に係る電力変換装置によれば、減算器が出力した電流偏差を繰り返し制御部が出力した電流偏差と加算器にて加算した後、スイッチング素子のON/OFF信号を生成するスイッチング信号決定部に入力する。そして、この処理を一定周期毎に繰り返すことにより、キャリア周波数を低減しつつ、電流制御性能を向上させることができる。   According to the power conversion device of the present invention, the switching signal determination unit that generates the ON / OFF signal of the switching element after adding the current deviation output from the subtractor repeatedly with the current deviation output from the control unit by the adder. To enter. Then, by repeating this process at regular intervals, the current control performance can be improved while reducing the carrier frequency.

本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の位相角算出部の構成図である。It is a block diagram of the phase angle calculation part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の位相角算出部の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the phase angle calculation part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置のスイッチング制御部の構成図である。It is a block diagram of the switching control part of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の昇圧コンバーター部周辺の構成図である。It is a block diagram of the boost converter part periphery of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の電流制御応答の特性を示す波形である。It is a waveform which shows the characteristic of the current control response of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の繰り返し制御の特性を示す波形である。It is a waveform which shows the characteristic of the repetition control of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力変換装置のスイッチング制御部の構成図である。It is a block diagram of the switching control part of the power converter device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the power converter device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る電力変換装置の位相角算出部の構成図である。It is a block diagram of the phase angle calculation part of the power converter device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態7に係る空気調和機の構成図である。It is a block diagram of the air conditioner which concerns on Embodiment 7 of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Moreover, in the following drawings, the relationship of the size of each component may be different from the actual one.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成図である。
本実施の形態1に係る電力変換装置は、昇圧コンバーター部3の電流制御に、フィードバック制御手段として、繰り返し制御を行う繰り返し制御部24(後述する図4参照)と、繰り返し制御に用いる位相角算出部11と、を備えたものである。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
The power conversion device according to the first embodiment includes a repetitive control unit 24 (see FIG. 4 described later) that performs repetitive control as feedback control means for current control of the boost converter unit 3, and a phase angle calculation used for repetitive control. Part 11.

電力変換装置は、図1に示すように、三相整流器2と、昇圧コンバーター部3と、平滑コンデンサー4と、インバーター5と、位相角算出部11と、スイッチング制御部10と、電圧検出器12、14と、電流検出器13と、を備えている。そして、電力変換装置には、入力として三相交流電源1が接続されており、負荷としてモーター6が接続されている。   As shown in FIG. 1, the power converter includes a three-phase rectifier 2, a boost converter unit 3, a smoothing capacitor 4, an inverter 5, a phase angle calculation unit 11, a switching control unit 10, and a voltage detector 12. , 14 and a current detector 13. And the three-phase alternating current power supply 1 is connected to the power converter device as an input, and the motor 6 is connected as a load.

昇圧コンバーター部3は、リアクトル7と、例えばIGBTのようなスイッチング素子8と、例えばファーストリカバリダイオードのような逆流防止素子9と、を備えている昇圧コンバーターである。昇圧コンバーター部3は、リアクトル7と逆流防止素子9とは直列に接続され、リアクトル7の一端が三相整流器2側と接続され、逆流防止素子9の一端が平滑コンデンサー4側と接続されている。そして、スイッチング素子8は、一端がリアクトル7と逆流防止素子9との間に接続され、かつ、平滑コンデンサー4と並列に接続されて構成されている。
なお、昇圧コンバーター部3のスイッチング素子8のスイッチングは、スイッチング制御部10によって行われる。
The step-up converter unit 3 is a step-up converter including a reactor 7, a switching element 8 such as an IGBT, and a backflow prevention element 9 such as a fast recovery diode. In step-up converter unit 3, reactor 7 and backflow prevention element 9 are connected in series, one end of reactor 7 is connected to the three-phase rectifier 2 side, and one end of backflow prevention element 9 is connected to the smoothing capacitor 4 side. . The switching element 8 is configured such that one end is connected between the reactor 7 and the backflow prevention element 9 and is connected in parallel with the smoothing capacitor 4.
Note that switching of the switching element 8 of the boost converter unit 3 is performed by the switching control unit 10.

位相角算出部11は、電源電圧を検出する電圧検出器12からの電源電圧vrsを入力として、スイッチング制御部10に電源位相角θを出力する。スイッチング制御部10の入力は3つあり、位相角算出部11の出力の電源位相角θ、電流検出器13が検出するリアクトル7を流れる電流(以下、リアクトル電流iと称する)、および、電圧検出器14が検出する平滑コンデンサー4の両端に印加される電圧vdc(以下、平滑コンデンサー電圧vdcと称する)である。また、スイッチング制御部10の出力は、スイッチング素子8へのON/OFF信号である。The phase angle calculation unit 11 receives the power supply voltage v rs from the voltage detector 12 that detects the power supply voltage, and outputs the power supply phase angle θ to the switching control unit 10. There are three inputs to the switching control unit 10, the power source phase angle θ output from the phase angle calculation unit 11, the current flowing through the reactor 7 detected by the current detector 13 (hereinafter referred to as the reactor current i L ), and the voltage A voltage v dc (hereinafter referred to as a smoothing capacitor voltage v dc ) applied across the smoothing capacitor 4 detected by the detector 14. The output of the switching control unit 10 is an ON / OFF signal to the switching element 8.

次に本実施の形態1に係る電力変換装置の動作について、図1を用いて説明する。
三相交流電源1から供給された交流電圧は、三相整流器2で整流されて直流電圧に変換される。その直流電圧は、スイッチング制御部10により昇圧コンバーター部3のスイッチング素子8のON/OFFが制御され、そのチョッピングにより任意の値に昇圧される。また、スイッチング素子8は、リアクトル電流iが一定値となるように制御される。最後に、インバーター5により直流電圧が交流電圧に逆変換され、その逆変換された交流電圧により、モーター6がドライブされる。
Next, the operation of the power conversion device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The AC voltage supplied from the three-phase AC power source 1 is rectified by the three-phase rectifier 2 and converted into a DC voltage. The DC voltage is boosted to an arbitrary value by the switching control unit 10 controlling ON / OFF of the switching element 8 of the boost converter unit 3. Further, the switching element 8, the reactor current i L is controlled to be a constant value. Finally, the inverter 5 converts the DC voltage back to an AC voltage, and the motor 6 is driven by the AC voltage converted in reverse.

ここで、昇圧コンバーター部3において、スイッチング素子8がONした場合は、逆流防止素子9は導通が阻止され、リアクトル7には三相整流器2によって整流された電圧が印加される。一方、スイッチング素子8がOFFした場合は、逆流防止素子9は導通し、リアクトル7にはスイッチング素子8のON時とは逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子8のON時にリアクトル7に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子8のOFF時に負荷であるインバーター5に移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子8のオンデューティを制御することで、昇圧コンバーター部3の出力電圧を制御することができる。   Here, in the boost converter unit 3, when the switching element 8 is turned on, the backflow prevention element 9 is prevented from conducting, and the voltage rectified by the three-phase rectifier 2 is applied to the reactor 7. On the other hand, when the switching element 8 is turned off, the backflow prevention element 9 is conducted, and a voltage in the direction opposite to that when the switching element 8 is turned on is induced in the reactor 7. At this time, from the viewpoint of energy, it can be seen that the energy accumulated in the reactor 7 when the switching element 8 is turned on is transferred to the inverter 5 which is a load when the switching element 8 is turned off. Therefore, the output voltage of the boost converter unit 3 can be controlled by controlling the on-duty of the switching element 8.

図2は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の位相角算出部11の構成図である。
位相角算出部11は、ゼロクロス検出部15と、制御周波数のクロック16と、位相カウンターA17と、カウンター最大値演算部18と、位相カウンターB19と、を備えている。位相角算出部11は、電圧検出器12から電源電圧vrsが入力され、スイッチング制御部10に電源位相角θを出力する。
FIG. 2 is a configuration diagram of the phase angle calculation unit 11 of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
The phase angle calculation unit 11 includes a zero cross detection unit 15, a control frequency clock 16, a phase counter A17, a counter maximum value calculation unit 18, and a phase counter B19. The phase angle calculator 11 receives the power supply voltage v rs from the voltage detector 12 and outputs the power supply phase angle θ to the switching controller 10.

なお、位相カウンターA17は本発明の「第一位相カウンター」に相当し、位相カウンターB19は本発明の「第二位相カウンター」に相当する。   The phase counter A17 corresponds to the “first phase counter” of the present invention, and the phase counter B19 corresponds to the “second phase counter” of the present invention.

図3は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の位相角算出部11の動作説明図である。
次に位相角算出部11の動作について、図2および図3を用いて説明する。
制御周波数のクロック16は、スイッチング素子8のオンデューティの演算に用いられる制御周期毎に動作するクロックである。ここで、制御周波数は、昇圧コンバーター部3のスイッチング素子8のオンデューティを演算する周波数であり、制御周期は、昇圧コンバーター部3のスイッチング素子8のオンデューティを演算する周期である。一方、キャリア周波数とは、演算されたオンデューティをパルス幅に変換(Pulse Width Modulation)する際の周波数で、キャリア周波数の周期でスイッチング素子8はON/OFFする。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the phase angle calculation unit 11 of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
Next, the operation of the phase angle calculation unit 11 will be described with reference to FIGS.
The control frequency clock 16 is a clock that operates for each control cycle used for calculating the on-duty of the switching element 8. Here, the control frequency is a frequency for calculating the on-duty of the switching element 8 of the boost converter unit 3, and the control period is a period for calculating the on-duty of the switching element 8 of the boost converter unit 3. On the other hand, the carrier frequency is a frequency when the calculated on-duty is converted into a pulse width (Pulse Width Modulation), and the switching element 8 is turned ON / OFF at the cycle of the carrier frequency.

一般的には、キャリア周波数18KHzとすると、制御周波数はキャリア周波数と同じ18KHzで演算することが多い。なお、キャリア周波数の倍の36KHz、キャリア周波数の半分の9KHzで演算することもある。また、図3内に示した制御周波数のクロック16は、カウンターの値が大きくなると理解しにくいので、簡単化のために現実の値から乖離するが400Hzとしている。   In general, when the carrier frequency is 18 KHz, the control frequency is often calculated at 18 KHz which is the same as the carrier frequency. Note that the calculation may be performed at 36 KHz, which is twice the carrier frequency, and 9 KHz, which is half the carrier frequency. Further, the clock 16 having the control frequency shown in FIG. 3 is difficult to understand when the counter value increases, and is 400 Hz, although it deviates from the actual value for simplification.

ゼロクロス検出部15は、出力信号であるゼロクロス信号zrsを、入力信号である電源電圧vrsの正負によって、(1)式のように決定する。The zero-cross detection unit 15 determines the zero-cross signal z rs that is the output signal, as shown in the equation (1), based on the sign of the power supply voltage v rs that is the input signal.

Figure 0006486488
Figure 0006486488

ゼロクロス信号zrsの生成方法として、電源電圧vrsと零電圧とをコンパレータに入力する方法がある。これは、ハードウェアで構成する方法である。この手法とは別に、マイコン内に搭載されたA/Dコンバーターで電源電圧vrsの値を検出した後にプログラムで記述する方法がある。これは、ソフトウェアで構成する方法である。なお、電流の周期性を検出できればよく、ゼロクロス信号zrsの生成方法はこれらに限るものではない。As a method of generating the zero cross signal z rs , there is a method of inputting the power supply voltage v rs and the zero voltage to the comparator. This is a method of configuring with hardware. Apart from this method, there is a method in which the value of the power supply voltage v rs is detected by an A / D converter mounted in the microcomputer and then described by a program. This is a method of configuring with software. Note that the method for generating the zero cross signal z rs is not limited to this as long as the periodicity of the current can be detected.

位相カウンターA17は、制御周波数のクロック16でカウントアップするカウンターである。ゼロクロス信号zrsが立ちあがったタイミングから、次の制御周期にて位相カウンターA17をリセットし、さらに次の制御周期からカウントアップする。The phase counter A17 is a counter that counts up with a clock 16 having a control frequency. From the timing when the zero cross signal z rs rises, the phase counter A17 is reset in the next control cycle, and further counted up from the next control cycle.

次に、カウンター最大値演算部18は、位相カウンターB19のリセット値を決定する。ゼロクロス信号zrsが立ちあがり、位相カウンターA17をリセットする前に演算する。つまり、ゼロクロス信号zrsが立ち上がったタイミングで、位相カウンターA17の出力であるカウンターA出力Nと、位相カウンターA17の出力の最大値から決定されるリセット値Nmaxとを比較して、(2)式のようにリセット値Nmaxを決定する。Next, the counter maximum value calculation unit 18 determines the reset value of the phase counter B19. Calculation is performed before the zero cross signal z rs rises and the phase counter A17 is reset. In other words, at the timing of rising of the zero-crossing signal z rs, compares the counter A output N A is the output of the phase counter A17, and a reset value N max, which is determined from the maximum value of the output of the phase counter A17, (2 ) Determine the reset value N max as shown in the equation.

Figure 0006486488
Figure 0006486488

カウンターA出力Nの方がリセット値Nmaxよりも大きい場合は、リセット値Nmaxを1加算する。また、カウンターA出力Nとリセット値Nmaxとが同じ場合は、リセット値Nmaxを変更しない。また、カウンターA出力Nの方がリセット値Nmaxよりも小さい場合は、リセット値Nmaxを1減算する。
このように、カウンター最大値演算部18を用いることで、位相カウンターBのリセット値であるリセット値Nmaxの値を、少しずつ変化させている。
If towards the counter A output N A is greater than the reset value N max adds 1 reset value N max. Further, if the counter A output N A and the reset value N max is the same does not change the reset value N max. Also, if the direction of the counter A output N A is less than the reset value N max subtracts 1 from the reset value N max.
In this way, the value of the reset value Nmax , which is the reset value of the phase counter B, is changed little by little by using the counter maximum value calculation unit 18.

位相カウンターB19は、制御周波数のクロック16でカウントアップするカウンターである。位相カウンターB19のカウント値が、カウンター最大値演算部18によって演算されたリセット値Nmaxに到達したら、次の制御周期にて位相カウンターBをリセットする。The phase counter B19 is a counter that counts up with the clock 16 of the control frequency. When the count value of the phase counter B19 reaches the reset value Nmax calculated by the counter maximum value calculation unit 18, the phase counter B is reset in the next control cycle.

図4は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置のスイッチング制御部10の構成図である。
次にスイッチング制御部10の動作について、図4を用いて説明する。
スイッチング制御部10は、フィードバックループとして平滑コンデンサー電圧vdcを制御する電圧制御系と、マイナーループとしてリアクトル電流iを制御する電流制御系とから構成される。
FIG. 4 is a configuration diagram of the switching control unit 10 of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
Next, the operation of the switching control unit 10 will be described with reference to FIG.
The switching control unit 10 includes a voltage control system that controls the smoothing capacitor voltage v dc as a feedback loop, and a current control system that controls the reactor current i L as a minor loop.

電圧制御系は、電圧検出器14で検出した平滑コンデンサー電圧vdcと出力電圧指令値v dcとを入力とし、減算器20と、PID制御部21とを備えている。出力電圧指令値v dcは昇圧コンバーター部3が昇圧する電圧の目標値であり、平滑コンデンサー4の耐圧やモーターの仕様およびモーターの運転状態から出力電圧指令値v dcを決定するが、これに限るものではない。PID制御部21は、比例制御、積分制御、および、微分制御を組み合わせたものである。なお、PID制御部21は、比例制御のみでもよく、比例制御と積分制御および微分制御のいずれかを組み合わせたものでもよい。The voltage control system receives the smoothing capacitor voltage v dc detected by the voltage detector 14 and the output voltage command value v * dc, and includes a subtracter 20 and a PID control unit 21. The output voltage command value v * dc is a target value of the voltage boosted by the boost converter unit 3, and the output voltage command value v * dc is determined from the breakdown voltage of the smoothing capacitor 4, the motor specifications, and the motor operating state. It is not limited to. The PID control unit 21 is a combination of proportional control, integral control, and derivative control. The PID control unit 21 may be only proportional control, or may be a combination of proportional control, integral control, and derivative control.

電流制御系は、リアクトル電流指令値i を入力とし、減算器22と、PID制御部23と、繰り返し制御部24と、加算器25とを備えている。もちろん電流制御系においても、PID制御部23は、比例制御のみでもよく、比例制御と積分制御および微分制御のいずれかを組み合わせたものでもよい。The current control system has a reactor current command value i * L as an input, and includes a subtractor 22, a PID control unit 23, a repetition control unit 24, and an adder 25. Of course, in the current control system, the PID control unit 23 may be only proportional control, or may be a combination of proportional control, integral control, and differential control.

また、スイッチング制御部10は、スイッチング信号決定部26を備えている。   The switching control unit 10 includes a switching signal determination unit 26.

減算器20では、昇圧コンバーター部3に対する出力電圧指令値v dcと、電圧検出器14にて検出した昇圧コンバーター部3の出力電圧である平滑コンデンサー電圧vdcとから、電圧偏差を演算する。具体的には、出力電圧指令値v dcから平滑コンデンサー電圧vdcを減算する。そして、減算器20から出力された電圧偏差は、PID制御部21にてPID制御された後、リアクトル電流指令値i となり、減算器22に入力される。The subtractor 20 calculates a voltage deviation from the output voltage command value v * dc for the boost converter unit 3 and the smoothing capacitor voltage v dc which is the output voltage of the boost converter unit 3 detected by the voltage detector 14. Specifically, the smoothing capacitor voltage v dc is subtracted from the output voltage command value v * dc . The voltage deviation output from the subtracter 20 is subjected to PID control by the PID control unit 21 and then becomes a reactor current command value i * L , which is input to the subtractor 22.

減算器22では、リアクトル電流指令値i と、電流検出器13にて検出したリアクトル電流iとから、リアクトル7の電流偏差を演算する。具体的には、リアクトル電流指令値i からリアクトル電流iを減算する。そして、減算器22から出力された電流偏差は2つに分岐し、一方がPID制御部23にてPID制御された後加算器25に入力され、もう一方は繰り返し制御部24の誤差蓄積部29に入力される。つまり、スイッチング制御部10は、電流偏差が、繰り返し制御部24を経由せずにスイッチング信号決定部26に入力される第一経路61と、電流偏差が、繰り返し制御部24を経由してスイッチング信号決定部26に入力される第二経路62と、を備えている。The subtracter 22, and the reactor current command value i * L, and a reactor current i L detected by the current detector 13, calculates a current deviation of the reactor 7. Specifically, subtracting the reactor current i L from the reactor current command value i * L. The current deviation output from the subtractor 22 branches into two, one of which is PID controlled by the PID control unit 23 and then input to the adder 25, and the other is the error accumulating unit 29 of the repetitive control unit 24. Is input. That is, the switching control unit 10 includes the first path 61 in which the current deviation is input to the switching signal determination unit 26 without passing through the repetitive control unit 24, and the current deviation through the repetitive control unit 24. And a second path 62 that is input to the determination unit 26.

加算器25では、PID制御部23から出力された電流偏差と、誤差蓄積部29から出力された電流偏差とから、スイッチング信号決定部26に入力するオンデューティを演算する。具体的には、PID制御部23から出力された電流偏差と誤差蓄積部29から出力された電流偏差とを加算する。   The adder 25 calculates an on-duty input to the switching signal determination unit 26 from the current deviation output from the PID control unit 23 and the current deviation output from the error accumulation unit 29. Specifically, the current deviation output from the PID control unit 23 and the current deviation output from the error accumulation unit 29 are added.

スイッチング信号決定部26では、加算器25の出力であるオンデューティからスイッチング素子8のON/OFF信号Sを生成する。The switching signal determination unit 26 generates the ON / OFF signal S 1 for the switching element 8 from the on-duty that is the output of the adder 25.

繰り返し制御部24は、入力アドレス決定部27と、出力アドレス決定部28と、誤差蓄積部29とを備えている。誤差蓄積部29の内部は、複数の積分器30と、複数の積分器30から1つが選択され、入力側と接続される入力アドレス接続部31と、出力側と接続される出力アドレス接続部32とから構成される。繰り返し制御部24は、位相角算出部11から入力された電源位相角θに基づいて、減算器22から出力された電流偏差をいずれか一つの積分器30に蓄積し、いずれか一つの積分器30に蓄積された電流偏差を出力する、という動作を行うものである。   The repetition control unit 24 includes an input address determination unit 27, an output address determination unit 28, and an error accumulation unit 29. Inside the error accumulating unit 29, a plurality of integrators 30, one of the plurality of integrators 30 is selected, an input address connecting unit 31 connected to the input side, and an output address connecting unit 32 connected to the output side. It consists of. The repetitive control unit 24 accumulates the current deviation output from the subtractor 22 in any one integrator 30 based on the power supply phase angle θ input from the phase angle calculation unit 11, and any one integrator. The operation of outputting the current deviation accumulated in 30 is performed.

複数の積分器30は、積分器30毎にアドレスを有し、各位相角と各積分器30のアドレスとが対応付けられている。入力アドレス決定部27は、位相角算出部11から入力された電源位相角θから、減算器22から誤差蓄積部29に入力された電流偏差を蓄積する積分器30のアドレスを決定する。入力アドレス接続部31は、減算器22の出力側を、その決定したアドレスの積分器30の入力側に接続し、積分器30に蓄積させる。また、出力アドレス決定部28は、位相角算出部11から入力された電源位相角θから、蓄積した電流偏差を出力する積分器30のアドレスを決定する。出力アドレス接続部32は、決定したアドレスの積分器30の出力側を、加算器25の入力側に接続し、積分器30から出力させる。   The plurality of integrators 30 has an address for each integrator 30, and each phase angle is associated with the address of each integrator 30. The input address determination unit 27 determines the address of the integrator 30 that accumulates the current deviation input from the subtractor 22 to the error accumulation unit 29 from the power supply phase angle θ input from the phase angle calculation unit 11. The input address connection unit 31 connects the output side of the subtractor 22 to the input side of the integrator 30 having the determined address, and causes the integrator 30 to store the output side. Further, the output address determination unit 28 determines the address of the integrator 30 that outputs the accumulated current deviation from the power supply phase angle θ input from the phase angle calculation unit 11. The output address connection unit 32 connects the output side of the integrator 30 with the determined address to the input side of the adder 25 and causes the integrator 30 to output it.

電圧制御系とマイナーループに電流制御系を含む制御系の構成はごく普通な昇圧コンバーターの制御構成であるが、これに繰り返し制御部24を用いるのは特殊である。   The configuration of the control system including the voltage control system and the current control system in the minor loop is an ordinary control configuration of the boost converter, but it is special to use the control unit 24 repeatedly.

図5は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の昇圧コンバーター部3周辺の構成図であり、図6は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の電流制御応答の特性を示す波形である。なお、図6(a)は、リアクトル7の電流制御系を高速に応答させる前の特性を示す波形であり、図6(b)は、リアクトル7の電流制御系を高速に応答させた後の特性を示す波形である。
三相整流器2の直後に昇圧コンバーター部3を用いる構成の場合、電流制御応答を高速にしなければリアクトル電流を一定に制御できない。そこで、この理由について図5および図6を用いて説明する。
FIG. 5 is a configuration diagram around the boost converter unit 3 of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a characteristic of the current control response of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. It is a waveform which shows. 6A is a waveform showing characteristics before the current control system of the reactor 7 is made to respond at high speed, and FIG. 6B is a waveform after the current control system of the reactor 7 is made to respond at high speed. It is a waveform which shows a characteristic.
In the case of the configuration using the boost converter unit 3 immediately after the three-phase rectifier 2, the reactor current cannot be controlled constant unless the current control response is increased. The reason for this will be described with reference to FIGS.

三相整流器2直後の電圧を入力電圧vinとすると、入力電圧vinとリアクトル電流iとは図6(a)の波形となる。入力電圧vinは、各相の電源電圧の最大値と最小値との差が出力されるので、電圧が電源の位相角によって異なり、電源の6倍の周波数である、360Hz(電源周波数が60Hzの場合)で脈動が発生してしまう。When the voltage immediately after the three-phase rectifier 2 and the input voltage v in, the waveform of FIG. 6 (a) and the input voltage v in and the reactor current i L. Input voltage v in, since the difference between the maximum value and the minimum value of each phase of the power supply voltage is output, varies the phase angle of the voltage source, which is six times the frequency of the power supply, 360 Hz (power supply frequency 60Hz In this case, pulsation occurs.

入力電圧vinに脈動が発生し、リアクトル7の両端に印加される電圧(以下、リアクトル電圧vと称する)が変化するため、図6(a)のようにリアクトル電流iにも360Hzの脈動が発生してしまう。そこで、これを防ぐため、リアクトル7の電流制御系を高速に応答させ、360Hzより十分高くすることが必須であった。電流制御応答を速くした場合は図6(b)となり、リアクトル電流iの脈動が小さくなっていることを確認できる。Pulsation is generated in the input voltage v in, the voltage applied across the reactor 7 for (hereinafter, referred to as reactor voltage v L) is changed, the 360Hz to reactor current i L as shown in FIG. 6 (a) Pulsation occurs. Therefore, in order to prevent this, it was essential to make the current control system of the reactor 7 respond at high speed and to make it sufficiently higher than 360 Hz. If a faster current control response can be confirmed that the FIG. 6 (b), and the pulsation of the reactor current i L is smaller.

リアクトル制御応答を速くしなければならないことから、キャリア周波数も高速に設定する必要があり、電力変換装置のスイッチングロスの増加に繋がる。
リアクトル制御応答を遅くしても、リアクトル電流iの脈動が小さくなる制御方式の開発が課題であった。これを解決する手段として、繰り返し制御部24を用いたリアクトル電流iの制御を適用する。
Since the reactor control response must be made fast, it is necessary to set the carrier frequency at a high speed, leading to an increase in switching loss of the power conversion device.
Even at slow reactor control response, the development of control methods pulsation of reactor current i L decreases were problems. As a means for solving this, the control of the reactor current i L using the repetitive control unit 24 is applied.

次に、繰り返し制御の動作原理について説明する。
電源電圧の1周期(以下、電源1周期と称する)を複数の電源位相角に分割し、繰り返し制御部24の複数の積分器30に対応させる。例えば制御周波数18000Hz、電源周波数60Hzとした場合、18000÷60=300となり、N=300個の積分器30を用意する。300個の積分器30は各電源位相角に対応させ、ここでは1個の積分器30あたり1.2deg(360deg÷300個)相当の電源位相角となる。
Next, the operation principle of repetitive control will be described.
One cycle of the power supply voltage (hereinafter referred to as one power supply cycle) is divided into a plurality of power supply phase angles, and is made to correspond to the plurality of integrators 30 of the repetitive control unit 24. For example, when the control frequency is 18000 Hz and the power supply frequency is 60 Hz, 18000 ÷ 60 = 300, and N = 300 integrators 30 are prepared. The 300 integrators 30 correspond to each power supply phase angle, and here, the power supply phase angle corresponding to 1.2 deg (360 deg ÷ 300) per integrator 30.

ここで、繰り返し制御の動作について、ある電源位相角αの場合について考える。
繰り返し制御部24は、電源位相角αに対応付けられた積分器30に電流偏差を蓄積する。そして、電源1周期後の電源位相角αのタイミングに合わせて、積分器30に蓄積された電流偏差を出力する。
Here, the operation of the repetitive control will be considered for a certain power supply phase angle α.
The repetitive control unit 24 accumulates the current deviation in the integrator 30 associated with the power supply phase angle α. Then, the current deviation accumulated in the integrator 30 is output in accordance with the timing of the power supply phase angle α after one cycle of the power supply.

そして、繰り返し制御部24から出力された電流偏差を加算器25にて、PID制御部23から出力された電源位相角αの電流偏差と足し合わせることで、電源1周期前の電源位相角αのタイミングよりも電流偏差を零に近付けることができる。   Then, by adding the current deviation output from the repetitive control unit 24 to the current deviation of the power supply phase angle α output from the PID control unit 23 in the adder 25, the power supply phase angle α one cycle before the power supply is added. Current deviation can be made closer to zero than timing.

以上の処理が繰り返し制御であり、この繰り返し制御を電源電圧の周期(以下、電源周期と称する)毎に繰り返すことで、最終的に電流偏差は零となる。これをすべての電源位相角毎に別々の積分器30で実現することで、すべての電源位相角の電流偏差を零にすることができる。つまり、電流制御性能が向上するように、スイッチング素子8のON/OFF信号Sを生成するスイッチング信号決定部26に入力されるオンデューティを制御することができる。こうすることで、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、高精度な電流制御が実現できる。The above processing is repetitive control. By repeating this repetitive control every power supply voltage cycle (hereinafter referred to as power supply cycle), the current deviation finally becomes zero. By realizing this with a separate integrator 30 for every power supply phase angle, the current deviation of all power supply phase angles can be made zero. In other words, it is possible to control to enhance the current control performance, the on-duty that is input to the switching signal determining section 26 for generating ON / OFF signals S 1 of the switching element 8. In this way, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, highly accurate current control can be realized.

次に繰り返し制御部24の制御ブロックについて説明する。
位相角算出部11によって算出した電源位相角θを入力アドレス決定部27および出力アドレス決定部28に入力する。そして、入力アドレス決定部27によって、入力された電流偏差を蓄積する積分器30のアドレスを決定し、入力アドレス接続部31によって、減算器22の出力側を、その決定したアドレスの積分器30に接続する。また、出力アドレス決定部28によって、蓄積した電流偏差を出力する積分器30のアドレスを決定し、出力アドレス接続部32によって、その決定したアドレスの積分器30の出力側を、加算器25の入力側に接続する。
Next, the control block of the repetition control unit 24 will be described.
The power supply phase angle θ calculated by the phase angle calculation unit 11 is input to the input address determination unit 27 and the output address determination unit 28. Then, the address of the integrator 30 that accumulates the input current deviation is determined by the input address determination unit 27, and the output side of the subtractor 22 is connected to the integrator 30 of the determined address by the input address connection unit 31. Connecting. The output address determination unit 28 determines the address of the integrator 30 that outputs the accumulated current deviation, and the output address connection unit 32 inputs the output side of the integrator 30 at the determined address to the input of the adder 25. Connect to the side.

次に入力アドレスと出力アドレスとの関係について述べる。繰り返し制御部24のアルゴリズムには遅延を考慮する必要がある。遅延は2種類あり、無駄時間による遅延と電流制御による遅延とがある。無駄時間による遅延は、マイコン等のコントローラの計算時間遅れに起因するもので、一般的に、制御周期の1回分に相当する。   Next, the relationship between the input address and the output address will be described. The algorithm of the iterative control unit 24 needs to consider a delay. There are two types of delay, a delay due to dead time and a delay due to current control. The delay due to the dead time is caused by a calculation time delay of a controller such as a microcomputer, and generally corresponds to one control cycle.

次に電流制御による遅延について説明する。リアクトル電流iとリアクトル電圧vとの関係式は、(3)式の電圧方程式となる。リアクトル電流iは、リアクトル電圧vの積分で表わされる。したがって、昇圧コンバーター部3がリアクトル電圧vになるように出力しても、電流値として反映されるまで時間を要する。そのため制御周期の1回分の遅延を加味する必要がある。Next, delay due to current control will be described. Relationship between the reactor current i L and reactor voltage v L is a voltage equation of (3). Reactor current i L is represented by integration of reactor voltage v L. Therefore, even if output as the boost converter unit 3 becomes a reactor voltage v L, it takes time to propagate as a current value. Therefore, it is necessary to consider a delay of one control cycle.

Figure 0006486488
Figure 0006486488

以上より、遅延は制御周期の2回分となるため、出力は入力に比べ2個先のアドレスを出力する。
誤差蓄積部29には、減算器22によりリアクトル電流指令値i からリアクトル電流iを減算した電流偏差が入力され、誤差蓄積部29内の各積分器30には、その算出した電流偏差が蓄積される。
As described above, since the delay is two times of the control cycle, the output outputs an address two ahead of the input.
The error accumulation unit 29, a subtractor 22 the current deviation obtained by subtracting the reactor current i L from the reactor current command value i * L is input, the current deviation to the respective integrators 30 in the error accumulation unit 29, which is the calculated Is accumulated.

そして、各積分器30に蓄積された値は、それぞれ電源1周期後に出力されるが、その繰り返し制御部24の出力を、加算器25によりPID制御部23から出力された電流偏差と足し合わせることで、繰り返し制御部24の結果を反映させる。   The values accumulated in each integrator 30 are output after one cycle of the power source, and the output of the repetition control unit 24 is added to the current deviation output from the PID control unit 23 by the adder 25. Thus, the result of the repeat control unit 24 is reflected.

図7は、本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の繰り返し制御部24の特性を示す波形である。なお、図7は繰り返し制御の効果を示した図であり、上から順に電源電圧vrs、リアクトル電流i、繰り返し制御の制御量である繰り返し制御出力ierrorを示している。
図7に示すように、電源周期毎にリアクトル電流iの脈動が軽減されていることが確認できる。これは、繰り返し制御部24が電源1周期の脈動を各積分器30に蓄積して、次の電源周期、つまり、電源1周期後で誤差を打ち消しているためである。
FIG. 7 is a waveform showing the characteristics of the repetition control unit 24 of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the effect of the repetitive control, showing the power supply voltage v rs , the reactor current i L , and the repetitive control output i error which is the control amount of the repetitive control in order from the top.
As shown in FIG. 7, the pulsation of the reactor current i L can be confirmed to have been reduced to every power cycle. This is because the repetitive control unit 24 accumulates the pulsation of one power supply cycle in each integrator 30 and cancels the error after the next power supply cycle, that is, one power supply cycle.

以上より、本実施の形態1に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行い、同じ電源位相角の電流偏差を足し合わせることにより、電流偏差が零に近付くため、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このためPID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換装置の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   As described above, in the power conversion device according to the first embodiment, the current deviation approaches zero by performing repeated control and adding the current deviation of the same power supply phase angle, so that the pulsation of the reactor current can be reduced. it can. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power conversion device can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。また、対応するアドレス数を±1と限定することで、対応するアドレスが急変することを抑制でき、電源環境の影響を抑制することが可能となる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable. In addition, by limiting the number of corresponding addresses to ± 1, it is possible to suppress the corresponding address from changing suddenly and to suppress the influence of the power supply environment.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, for example, instantaneous interruption . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

実施の形態2.
以下、本実施の形態2について説明するが、実施の形態1と重複するものについては省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図8は、本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の構成図である。
本実施の形態2では、回路構成を変更し、マルチレベルコンバーターを適用した例である。
Embodiment 2. FIG.
Hereinafter, although Embodiment 2 will be described, the same elements as those in Embodiment 1 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals.
FIG. 8 is a configuration diagram of a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the second embodiment, the circuit configuration is changed and a multilevel converter is applied.

電力変換装置は、三相整流器2と、マルチレベルコンバーター部33と、平滑コンデンサー4と、インバーター5と、位相角算出部11と、スイッチング制御部39と、電圧検出器12、14と、電流検出器13と、を備えている。そして、電力変換装置には、入力として三相交流電源1が接続されており、負荷としてモーター6が接続されている。   The power converter includes a three-phase rectifier 2, a multi-level converter unit 33, a smoothing capacitor 4, an inverter 5, a phase angle calculation unit 11, a switching control unit 39, voltage detectors 12 and 14, and current detection. And a container 13. And the three-phase alternating current power supply 1 is connected to the power converter device as an input, and the motor 6 is connected as a load.

マルチレベルコンバーター部33は、リアクトル7と、2つのスイッチング素子34、35と、2つの逆流防止素子36、37と、中間コンデンサー38と、から構成されているマルチレベルコンバーターである。マルチレベルコンバーター部33は、2つのスイッチング素子34、35と2つ逆流防止素子36、37とは直列に接続され、かつ、平滑コンデンサー4と並列に接続されている。そして、リアクトル7は、一端が三相整流器2側に接続され、他端がスイッチング素子34と逆流防止素子37との間に接続されている。また、中間コンデンサー38は、一端がスイッチング素子34とスイッチング素子35との間に接続され、他端が逆流防止素子36と逆流防止素子37との間に接続されて構成されている。   The multilevel converter unit 33 is a multilevel converter including the reactor 7, two switching elements 34 and 35, two backflow prevention elements 36 and 37, and an intermediate capacitor 38. In the multilevel converter section 33, the two switching elements 34 and 35 and the two backflow prevention elements 36 and 37 are connected in series, and are connected in parallel with the smoothing capacitor 4. The reactor 7 has one end connected to the three-phase rectifier 2 side and the other end connected between the switching element 34 and the backflow prevention element 37. The intermediate capacitor 38 has one end connected between the switching element 34 and the switching element 35 and the other end connected between the backflow prevention element 36 and the backflow prevention element 37.

マルチレベルコンバーター部33のスイッチング素子34、35のスイッチングは、スイッチング制御部39によって行われる。スイッチング制御部39の入力は4つあり、位相角算出部11の出力の電源位相角θ、電流検出器13が検出するリアクトル電流i、電圧検出器14が検出する平滑コンデンサー4の両端に印加されるvdc、および、新たに追加した電圧検出器40が検出する中間コンデンサー38の両端に印加される電圧v(以下、中間コンデンサー電圧vと称する)である。また、スイッチング制御部39の出力は、スイッチング素子34、35へのON/OFF信号である。Switching of the switching elements 34 and 35 of the multilevel converter unit 33 is performed by a switching control unit 39. The switching control unit 39 has four inputs, and is applied to both ends of the smoothing capacitor 4 detected by the voltage detector 14, the power source phase angle θ output from the phase angle calculation unit 11, the reactor current i L detected by the current detector 13. V dc and a voltage v m applied to both ends of the intermediate capacitor 38 detected by the newly added voltage detector 40 (hereinafter referred to as an intermediate capacitor voltage v m ). The output of the switching control unit 39 is an ON / OFF signal to the switching elements 34 and 35.

マルチレベルコンバーター部33の基本機能は昇圧コンバーター部3と同じであるが、マルチレベルコンバーター部33は、スイッチング制御部39への入力電圧レベルが3レベルとなるのが特徴ある。具体的には、中間コンデンサー38の電圧を、平滑コンデンサー電圧vdcの半分である1/2vdcに制御すると、マルチレベルコンバーター部33は、0、1/2vdc、vdcの3レベルの電圧で出力できる。そのため、スイッチング損失を小さくでき、リアクトル7のキャリアリプル電流が小さくなるため、電力変換装置を高効率にできる。The basic function of the multi-level converter unit 33 is the same as that of the boost converter unit 3, but the multi-level converter unit 33 is characterized in that the input voltage level to the switching control unit 39 is three levels. Specifically, when the voltage of the intermediate capacitor 38 is controlled to ½ v dc that is half of the smoothing capacitor voltage v dc , the multilevel converter unit 33 has three levels of voltages 0, ½ v dc , and v dc. Can output. Therefore, switching loss can be reduced and the carrier ripple current of reactor 7 can be reduced, so that the power conversion device can be made highly efficient.

位相角算出部11の構成は、実施の形態1と同じ構成であり、図2に示すものである。位相角算出部11は、ゼロクロス検出部15と、制御周波数のクロック16と、位相カウンターA17と、カウンター最大値演算部18と、位相カウンターB19と、を備えている。位相角算出部11は、電圧検出器12から電源電圧vrsが入力され、スイッチング制御部10に電源位相角θを出力する。The configuration of the phase angle calculation unit 11 is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The phase angle calculation unit 11 includes a zero cross detection unit 15, a control frequency clock 16, a phase counter A17, a counter maximum value calculation unit 18, and a phase counter B19. The phase angle calculator 11 receives the power supply voltage v rs from the voltage detector 12 and outputs the power supply phase angle θ to the switching controller 10.

図9は、本発明の実施の形態2に係る電力変換装置のスイッチング制御部39の構成図である。
次にスイッチング制御部39の動作について、図9を用いて説明する。
本実施の形態2に係るスイッチング制御部39は、実施の形態1と比較すると、中間コンデンサー38の電圧制御系が追加されているが、その他については同一の構成である。
FIG. 9 is a configuration diagram of the switching control unit 39 of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
Next, the operation of the switching control unit 39 will be described with reference to FIG.
The switching control unit 39 according to the second embodiment has a voltage control system for the intermediate capacitor 38 as compared with the first embodiment, but the other configuration is the same.

以下、本実施の形態2で新たに追加された中間コンデンサー38の両端に印加される電圧である、中間コンデンサー電圧vの制御系について説明する。
中間電圧制御系は、中間コンデンサー電圧指令値v を入力とし、減算器41と、PID制御部42とから構成される。なお、PID制御部42は、比例制御のみの制御器でもよく、比例制御と積分制御および微分制御のいずれかを組み合わせた制御器でもよい。
Hereinafter, a voltage applied to both ends of the intermediate condenser 38 newly added in the second embodiment, a description will be given of a control system of the intermediate condenser voltage v m.
The intermediate voltage control system has an intermediate capacitor voltage command value v * m as input, and includes a subtracter 41 and a PID control unit 42. The PID control unit 42 may be a controller with only proportional control, or may be a controller in which any of proportional control, integral control, and differential control is combined.

減算器41では、中間コンデンサー電圧指令値v と、電圧検出器40にて検出した中間コンデンサー電圧vとから、電圧偏差を演算する。具体的には、中間コンデンサー電圧指令値v から中間コンデンサー電圧vを減算する。そして、減算器41から出力された電圧偏差は、PID制御部42にてPID制御された後、オンデューティとなり減算器43に入力される。The subtractor 41 calculates a voltage deviation from the intermediate capacitor voltage command value v * m and the intermediate capacitor voltage v m detected by the voltage detector 40. Specifically, subtracting the intermediate condenser voltage v m from the intermediate condenser voltage command value v * m. The voltage deviation output from the subtractor 41 is subjected to PID control by the PID control unit 42, becomes on-duty, and is input to the subtractor 43.

減算器43では、電流制御系より得られたオンデューティDと、中間電圧制御系の出力とを演算する。具体的には、加算器25から出力されたオンデューティDから、PID制御部42から出力されたオンデューティを減算して、スイッチング素子34のオンデューティD1を算出する。   The subtractor 43 calculates the on-duty D obtained from the current control system and the output of the intermediate voltage control system. Specifically, the on-duty D1 of the switching element 34 is calculated by subtracting the on-duty output from the PID control unit 42 from the on-duty D output from the adder 25.

加算器44では、減算器43と同様に、電流制御系より得られたオンデューティDと、中間電圧制御系の出力とを演算する。具体的には、加算器25から出力されたオンデューティDと、PID制御部42から出力されたオンデューティとを加算して、スイッチング素子35のオンデューティD2を算出する。   Similarly to the subtractor 43, the adder 44 calculates the on-duty D obtained from the current control system and the output of the intermediate voltage control system. Specifically, the on-duty D2 output from the adder 25 and the on-duty output from the PID control unit 42 are added to calculate the on-duty D2 of the switching element 35.

スイッチング信号決定部45では、減算器43の出力であるオンデューティD1および加算器44の出力であるオンデューティD2から、スイッチング素子34、35のON/OFF信号S、Sを生成する。The switching signal determination unit 45 generates ON / OFF signals S 1 and S 2 for the switching elements 34 and 35 from the on-duty D 1 that is the output of the subtracter 43 and the on-duty D 2 that is the output of the adder 44.

本実施の形態2に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行うことで、実施の形態1と同様に、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このため、PID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換器の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   In the power conversion device according to the second embodiment, it is possible to reduce the pulsation of the reactor current by repeatedly performing the control as in the first embodiment. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power converter can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。また、対応するアドレス数を±1と限定することで、対応するアドレスが急変することを抑制でき、電源環境の影響を抑制することが可能となる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable. In addition, by limiting the number of corresponding addresses to ± 1, it is possible to suppress the corresponding address from changing suddenly and to suppress the influence of the power supply environment.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, such as a momentary power failure. . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

また、本実施の形態2では、中間コンデンサー電圧vを、平滑コンデンサー電圧vdcの半分である1/2vdcに制御することで、マルチレベルコンバーター部33は、0、1/2vdc、vdcの3レベルの電圧で出力できるため、スイッチング損失を小さくでき、リアクトル7のキャリアリプル電流が小さくなるため、電力変換装置を高効率にできる。Further, in the second embodiment, the multi-level converter unit 33 is controlled to 0, 1/2 v dc , v by controlling the intermediate capacitor voltage v m to 1/2 v dc which is half of the smoothing capacitor voltage v dc. Since it can output with the voltage of 3 levels of dc , a switching loss can be made small and the carrier ripple current of the reactor 7 becomes small, so that the power converter can be made highly efficient.

実施の形態3.
以下、本実施の形態3について説明するが、実施の形態1および2と重複するものについては省略し、実施の形態1および2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図10は、本発明の実施の形態3に係る電力変換装置の構成図である。
本実施の形態3では、回路構成を変更し、降圧コンバーターを適用した例である。
Embodiment 3 FIG.
Hereinafter, although Embodiment 3 will be described, the same elements as those in Embodiments 1 and 2 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
FIG. 10 is a configuration diagram of a power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention.
The third embodiment is an example in which the circuit configuration is changed and a step-down converter is applied.

電力変換装置は、三相整流器2と、降圧コンバーター部46と、平滑コンデンサー4と、インバーター5と、位相角算出部11と、スイッチング制御部49と、電圧検出器12、14と、電流検出器13と、を備えている。そして、電力変換装置には、入力として三相交流電源1が接続されており、負荷としてモーター6が接続されている。   The power converter includes a three-phase rectifier 2, a step-down converter unit 46, a smoothing capacitor 4, an inverter 5, a phase angle calculation unit 11, a switching control unit 49, voltage detectors 12 and 14, and a current detector. 13. And the three-phase alternating current power supply 1 is connected to the power converter device as an input, and the motor 6 is connected as a load.

降圧コンバーター部46は、リアクトル7と、スイッチング素子47と、逆流防止素子48と、から構成されている降圧コンバーターである。降圧コンバーター部46は、スイッチング素子47とリアクトル7とは直列に接続され、スイッチング素子47の一端が三相整流器2側と接続され、リアクトル7の一端が平滑コンデンサー4側と接続されている。そして、逆流防止素子48は、一端がスイッチング素子47とリアクトル7との間に接続され、かつ、平滑コンデンサー4と並列に接続されて構成されている。   The step-down converter unit 46 is a step-down converter that includes a reactor 7, a switching element 47, and a backflow prevention element 48. In step-down converter 46, switching element 47 and reactor 7 are connected in series, one end of switching element 47 is connected to the three-phase rectifier 2 side, and one end of reactor 7 is connected to the smoothing capacitor 4 side. The backflow prevention element 48 is configured such that one end is connected between the switching element 47 and the reactor 7 and is connected in parallel with the smoothing capacitor 4.

実施の形態1では、昇圧コンバーター部3を備え、電圧を昇圧する機能を持っていたが、本実施の形態3では、降圧コンバーター部46を備え、電圧を降圧する機能を持つ。このような変換器構成においても、実施の形態1と同じ図2の位相角算出部11と、図4に示す制御ブロックを用いることができる。   In the first embodiment, the boost converter unit 3 is provided and has a function of boosting the voltage. However, in the third embodiment, the step-down converter unit 46 is provided and has a function of stepping down the voltage. Also in such a converter configuration, the same phase angle calculation unit 11 of FIG. 2 as that of the first embodiment and the control block shown in FIG. 4 can be used.

本実施の形態3に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行うことで、実施の形態1と同様に、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このため、PID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換器の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   In the power conversion device according to the third embodiment, it is possible to reduce the pulsation of the reactor current by repeatedly performing the control as in the first embodiment. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power converter can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, such as a momentary power failure. . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

実施の形態4.
以下、本実施の形態4について説明するが、実施の形態1〜3と重複するものについては省略し、実施の形態1〜3と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態4では、実施の形態1と同じ昇圧コンバーター部3を備えた回路構成とし、図1の回路図を用いる。なお、回路の動作説明は実施の形態1と同じため省略する。
Embodiment 4 FIG.
Hereinafter, although Embodiment 4 will be described, the same elements as those in Embodiments 1 to 3 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
In the fourth embodiment, a circuit configuration including the same boost converter unit 3 as in the first embodiment is used, and the circuit diagram of FIG. 1 is used. Note that the description of the operation of the circuit is the same as that in Embodiment 1, and is therefore omitted.

図11は、本発明の実施の形態4に係る電力変換装置の位相角算出部11の構成図である。
本実施の形態4に係る電力変換装置の構成は実施の形態1と同様であるため、図1に示されるが、位相角算出部11の中身の構成が図11に示されるように一部異なっている。
本実施の形態4に係る位相角算出部11は、ゼロクロス検出部15と、制御周波数のクロック16と、位相カウンターA17と、カウンター最大値演算部18と、位相カウンターB19と、減算器50と、PID制御部51と、を備えている。
FIG. 11 is a configuration diagram of the phase angle calculation unit 11 of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention.
Since the configuration of the power conversion device according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, it is shown in FIG. 1, but the configuration of the contents of the phase angle calculation unit 11 is partially different as shown in FIG. 11. ing.
The phase angle calculation unit 11 according to the fourth embodiment includes a zero cross detection unit 15, a control frequency clock 16, a phase counter A17, a counter maximum value calculation unit 18, a phase counter B19, a subtractor 50, A PID control unit 51.

位相角算出部11は、カウンター最大値演算部18の出力から先の構成が実施の形態1と異なっており、位相カウンターB19のリセット値はリセット値指令値N maxの固定値でリセットされる。なお、ゼロクロス検出部15、制御周波数のクロック16、位相カウンターA17、カウンター最大値演算部18は実施の形態1と同じ動作となる。The phase angle calculation unit 11 is different from the first embodiment from the output of the counter maximum value calculation unit 18, and the reset value of the phase counter B19 is reset to a fixed value of the reset value command value N * max. . The zero-cross detection unit 15, the control frequency clock 16, the phase counter A17, and the counter maximum value calculation unit 18 operate in the same manner as in the first embodiment.

位相角算出部11は、電圧検出器12から電源電圧vrsが入力され、スイッチング制御部10に電源位相角θを出力する。さらに、減算器50にて、カウンター最大値演算部18の出力であるリセット値Nmaxとリセット値指令値N maxとを演算する。具体的には、リセット値指令値N maxからリセット値Nmaxを減算し、リセット値偏差を演算する。そして、減算器50から出力されたリセット値偏差は、PID制御部51にてPID制御された後、制御周波数fとなって出力される。リセット値指令値N maxはN max決定手段63により決定される。地域により電源周波数は異なるため、N maxは地域により異なる値となるため、電源投入時等にN maxを調査する。例えば、電源周波数60Hzの地域の場合、制御周波数18000Hzとすると、N maxは18000÷60=300となる。The phase angle calculator 11 receives the power supply voltage v rs from the voltage detector 12 and outputs the power supply phase angle θ to the switching controller 10. Further, the subtracter 50 calculates the reset value N max and the reset value command value N * max , which are the outputs of the counter maximum value calculator 18. Specifically, the reset value deviation is calculated by subtracting the reset value N max from the reset value command value N * max . The reset value deviation output from the subtractor 50, after being PID controlled by PID control unit 51, is output as the control frequency f c. Reset value command value N * max is determined by N * max determination means 63. Since the power supply frequency varies depending on the region, N * max varies depending on the region. Therefore , N * max is investigated when the power is turned on. For example, in a region where the power supply frequency is 60 Hz, if the control frequency is 18000 Hz, N * max is 18000 ÷ 60 = 300.

つまり、PID制御部51により、Nmax=N maxとなるように制御周波数fを制御し、制御周波数fの値に基づいて、制御周波数のクロック16を発生させる。
なお、PID制御部51は比例制御と積分制御と微分制御の制御器である。なお、PID制御部51は、比例制御のみの制御器でもよく、比例制御と積分制御および微分制御のいずれかを組み合わせた制御器でもよい。
また、PID制御部51は、本発明の「比例制御部」に相当する。
In other words, the PID control unit 51 controls the control frequency f c such that N max = N * max, based on the value of the control frequency f c, to generate a clock 16 of the control frequency.
The PID control unit 51 is a controller for proportional control, integral control, and differential control. Note that the PID control unit 51 may be a controller with only proportional control, or may be a controller in which any of proportional control, integral control, and differential control is combined.
The PID control unit 51 corresponds to a “proportional control unit” of the present invention.

制御周波数をキャリア周波数とした場合、リセット値指令値N max=300とすれば、キャリア周波数fは電源周波数fとN maxとから(4)式にて算出することができる。If the control frequency is the carrier frequency, if the reset value command value N * max = 300, the carrier frequency f c can be calculated by the power source frequency f s and N * max (4) equation.

Figure 0006486488
Figure 0006486488

電源周波数f=60Hzの場合、制御周波数はf=18kHzとなる。
制御周波数とキャリア周波数とを同じに設計することが一般的であるが、キャリア周波数は制御周波数のfの1/2倍のf=9kHzや、2倍の36kHz、1/3倍の6kHz、3倍の54kHzにすることもできる。
制御周波数とキャリア周波数とは関係性を持っており、制御周波数を制御することは、キャリア周波数を制御することになる。
When the power supply frequency f s = 60 Hz, the control frequency is f c = 18 kHz.
While designing the control frequency and the carrier frequency the same as is common, the carrier frequency is half the or f c = 9 kHz for f c of the control frequency, twice 36 kHz, 1/3 times the 6kHz The frequency can be tripled to 54 kHz.
The control frequency and the carrier frequency have a relationship, and controlling the control frequency controls the carrier frequency.

スイッチング制御部10の中身の構成も実施の形態1と同じく、図4に示される。ただし、キャリア周波数が変化することを留意し、スイッチング信号決定部26を動作させる必要がある。   The configuration of the contents of the switching control unit 10 is also shown in FIG. 4 as in the first embodiment. However, it is necessary to operate the switching signal determination unit 26 in consideration that the carrier frequency changes.

本実施の形態4に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行うことで、実施の形態1と同様に、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このため、PID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換器の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   In the power conversion device according to the fourth embodiment, the pulsation of the reactor current can be reduced by performing repeated control, as in the first embodiment. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power converter can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, such as a momentary power failure. . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

実施の形態5.
以下、本実施の形態5について説明するが、実施の形態1〜4と重複するものについては省略し、実施の形態1〜4と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態5では、実施の形態4の電源位相角θの算出方式を、マルチレベルコンバーターに適用する。
本実施の形態5に係る電力変換装置の回路構成は、図8に示す実施の形態2と同じ構成である。また、位相角算出部11の構成は、図11に示す実施の形態4と同じ構成である。なお、電力変換装置の動作は、実施の形態2および4と同じであるため、説明を省略する。
Embodiment 5. FIG.
Hereinafter, although Embodiment 5 will be described, the same elements as those in Embodiments 1 to 4 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
In the fifth embodiment, the method of calculating the power supply phase angle θ of the fourth embodiment is applied to a multilevel converter.
The circuit configuration of the power conversion device according to the fifth embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG. The configuration of the phase angle calculation unit 11 is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. The operation of the power conversion device is the same as in the second and fourth embodiments, and a description thereof will be omitted.

本実施の形態5に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行うことで、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このため、PID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換器の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   In the power conversion device according to the fifth embodiment, the pulsation of the reactor current can be reduced by repeatedly performing the control. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power converter can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, such as a momentary power failure. . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

実施の形態6.
以下、本実施の形態6について説明するが、実施の形態1〜5と重複するものについては省略し、実施の形態1〜5と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態6では、実施の形態4の電源位相角θの算出方式を、降圧コンバーターに適用する。
本実施の形態6に係る電力変換装置の回路構成は、図10に示す実施の形態3と同じ構成である。また、位相角算出部11の構成は、図11に示す実施の形態4と同じ構成である。なお、電力変換装置の動作は、実施の形態3および4と同じであるため、説明を省略する。
Embodiment 6 FIG.
Hereinafter, although Embodiment 6 will be described, the same elements as those in Embodiments 1 to 5 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 to 5 are denoted by the same reference numerals.
In the sixth embodiment, the method of calculating the power supply phase angle θ of the fourth embodiment is applied to a step-down converter.
The circuit configuration of the power conversion device according to the sixth embodiment is the same as that of the third embodiment shown in FIG. The configuration of the phase angle calculation unit 11 is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. The operation of the power conversion device is the same as in the third and fourth embodiments, and a description thereof will be omitted.

本実施の形態6に係る電力変換装置では、繰り返し制御を行うことで、リアクトル電流の脈動を軽減することができる。そのため、キャリア周波数を低減して電源位相のずれが発生したとしても、電流制御性能を向上させることができる。このため、PID制御部23の制御応答を下げ、キャリア周波数を低減し、電力変換器の損失を低減させ、ノイズを抑制することができる。また、キャリア周波数を低減することで制御周期が長くなるため、演算速度の遅い安価なマイコンに対して実装しやすくなる。   In the power conversion device according to the sixth embodiment, the pulsation of the reactor current can be reduced by performing repeated control. Therefore, even if the carrier frequency is reduced and a power phase shift occurs, the current control performance can be improved. For this reason, the control response of the PID control unit 23 can be lowered, the carrier frequency can be reduced, the loss of the power converter can be reduced, and noise can be suppressed. In addition, since the control cycle is extended by reducing the carrier frequency, it is easy to mount on an inexpensive microcomputer with a low calculation speed.

また、直流側のリアクトル7の電流偏差に対して繰り返し制御を適用し、電源1周期分の脈動を各積分器30に蓄積を行う。直流側のリアクトル電流の高調波成分は、電源周期と同じ周波数特性を持つことが特徴で、交流側で電源位相を監視することができる。したがって、電源電圧のゼロクロスを検出するような比較的簡易な方法でリアクトル電流の周期性を検出することができ、安価に回路を構成することが可能である。   Further, repetitive control is applied to the current deviation of the reactor 7 on the DC side, and the pulsation for one cycle of the power source is accumulated in each integrator 30. The harmonic component of the reactor current on the DC side is characterized by having the same frequency characteristics as the power cycle, and the power phase can be monitored on the AC side. Therefore, the periodicity of the reactor current can be detected by a relatively simple method such as detecting the zero cross of the power supply voltage, and the circuit can be configured at low cost.

また、電源電圧のゼロクロス検出にノイズが重畳して、電源電圧のゼロクロスを検出が正しく検知できない悪影響下においても、正しい電源位相を検出できる。このため高精度な電流制御が実現できる。また、対応するアドレス数を±1と限定することで、対応するアドレスが急変することを抑制でき、電源環境の影響を抑制することが可能となる。   Further, the correct power phase can be detected even under the adverse effect that noise is superimposed on the zero cross detection of the power supply voltage and the detection of the zero cross of the power supply voltage cannot be detected correctly. For this reason, highly accurate current control is realizable. In addition, by limiting the number of corresponding addresses to ± 1, it is possible to suppress the corresponding address from changing suddenly and to suppress the influence of the power supply environment.

さらに、制御系をPID制御+繰り返し制御のように構成したため、PID制御を外乱に対する耐力が向上するように、および、繰り返し制御を目標値へ追従するように、つまり高調波を抑制するように、制御ゲインをチューニングすることで、従来のPID制御のみの制御に比べて高精度な制御が実現可能となる。例えば、過去電源1周期分の誤差を使用する繰り返し制御では電流の周期性が重要となるが、周期性がなくなる電源環境の変動、例えば瞬停等に対し、前記のように制御ゲインをチューニングする。そうすることで、電源環境の変動時にはPID制御が主体的に動作し、電力変換装置は電源環境の変動に対する耐力を向上させることができる。   Furthermore, since the control system is configured as PID control + repetitive control, the resistance to disturbance is improved in PID control, and the repetitive control follows the target value, that is, the harmonics are suppressed. By tuning the control gain, it is possible to realize highly accurate control compared to conventional control using only PID control. For example, in the repetitive control using an error for one cycle of the past power supply, the periodicity of the current is important, but the control gain is tuned as described above for fluctuations in the power supply environment where the periodicity is lost, such as a momentary power failure. . By doing so, the PID control mainly operates when the power supply environment changes, and the power converter can improve the resistance to the change of the power supply environment.

実施の形態7.
以下、本実施の形態7について説明するが、実施の形態1〜6と重複するものについては省略し、実施の形態1〜6と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態7では、実施の形態1〜6に係る電力変換装置を、圧縮機101および空気調和機に適用した例について説明する。
Embodiment 7 FIG.
Hereinafter, although Embodiment 7 will be described, the same elements as those in Embodiments 1 to 6 are omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 to 6 are denoted by the same reference numerals.
In the seventh embodiment, an example in which the power conversion device according to the first to sixth embodiments is applied to the compressor 101 and the air conditioner will be described.

(空気調和機の構成および動作)
図12は、本発明の実施の形態7に係る空気調和機の構成図である。
以下、実施の形態1〜6に係る電力変換装置を圧縮機101および空気調和機に適用した場合について、図12を用いて説明する。
(Configuration and operation of air conditioner)
FIG. 12 is a configuration diagram of an air conditioner according to Embodiment 7 of the present invention.
Hereinafter, the case where the power converter device which concerns on Embodiment 1-6 is applied to the compressor 101 and an air conditioner is demonstrated using FIG.

図12で示される電力変換装置100は、実施の形態1〜6に係る電力変換装置であり、三相交流電源1から電力供給を受け、モーター6に供給して回転駆動させるものである。このモーター6は、圧縮要素101aに連結されており、モーター6および圧縮要素101aによって、冷媒を圧縮する圧縮機101が構成されている。   A power conversion device 100 shown in FIG. 12 is a power conversion device according to Embodiments 1 to 6, and receives power supply from the three-phase AC power supply 1 and supplies it to the motor 6 for rotational driving. The motor 6 is connected to the compression element 101a, and the motor 6 and the compression element 101a constitute a compressor 101 that compresses the refrigerant.

本実施の形態7に係る空気調和機は、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103、膨張装置104、室内熱交換器105、四方弁102、そして、圧縮機101の順に冷媒配管によって接続され、冷凍サイクルが構成されている。このうち、室外機106は、電力変換装置100、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103および膨張装置104を備えて構成され、室内機107は、室内熱交換器105を備えて構成されている。   The air conditioner according to the seventh embodiment includes a compressor 101, a four-way valve 102, an outdoor heat exchanger 103, an expansion device 104, an indoor heat exchanger 105, a four-way valve 102, and a compressor 101 in this order. Connected to form a refrigeration cycle. Among these, the outdoor unit 106 includes a power conversion device 100, a compressor 101, a four-way valve 102, an outdoor heat exchanger 103, and an expansion device 104, and the indoor unit 107 includes an indoor heat exchanger 105. Has been.

なお、室外熱交換器103は、本発明の「蒸発器」に相当する。   The outdoor heat exchanger 103 corresponds to the “evaporator” of the present invention.

次に、本実施の形態7に係る空気調和機の動作について、冷房運転を例に説明する。
なお、冷房動作をするに際し、四方弁102は、予め、圧縮機101から吐出された冷媒が室外熱交換器103へ向かうように、かつ、室内熱交換器105から流出した冷媒が圧縮機101へ向かうように流路を切り替えているものとする。
Next, the operation of the air conditioner according to the seventh embodiment will be described by taking cooling operation as an example.
When the cooling operation is performed, the four-way valve 102 causes the refrigerant discharged from the compressor 101 to go to the outdoor heat exchanger 103 in advance, and the refrigerant flowing out of the indoor heat exchanger 105 to the compressor 101. It is assumed that the flow path is switched so as to go.

電力変換装置100によって圧縮機101のモーター6が回転駆動することによって、モーター6に連結した圧縮機101の圧縮要素101aが冷媒を圧縮し、圧縮機101は高温高圧冷媒を吐出する。圧縮機101から吐出した高温高圧冷媒は、四方弁102を経由して、室外熱交換器103へ流入し、室外熱交換器103において外部の空気と熱交換を実施して放熱する。室外熱交換器103から流出した冷媒は、膨張装置104によって膨張および減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器105へ流入し、空調対象空間の空気と熱交換を実施して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって、室内熱交換器105から流出する。室内熱交換器105から流出したガス冷媒は、四方弁102を経由して、圧縮機101に吸入され、再び圧縮される。以上の動作が繰り返される。   When the motor 6 of the compressor 101 is rotationally driven by the power conversion device 100, the compression element 101a of the compressor 101 connected to the motor 6 compresses the refrigerant, and the compressor 101 discharges the high-temperature and high-pressure refrigerant. The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 101 flows into the outdoor heat exchanger 103 via the four-way valve 102 and performs heat exchange with outside air in the outdoor heat exchanger 103 to radiate heat. The refrigerant that has flowed out of the outdoor heat exchanger 103 is expanded and depressurized by the expansion device 104, becomes a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, flows into the indoor heat exchanger 105, and performs heat exchange with the air in the air-conditioning target space. The refrigerant evaporates into a low-temperature and low-pressure gas refrigerant and flows out of the indoor heat exchanger 105. The gas refrigerant flowing out from the indoor heat exchanger 105 is sucked into the compressor 101 via the four-way valve 102 and compressed again. The above operation is repeated.

なお、図12においては、空気調和機の圧縮機101に、実施の形態1〜6に係る電力変換装置を適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、空気調和機の他、ヒートポンプ装置、冷凍装置その他の冷凍サイクル装置一般に適用できるのは言うまでもない。   In addition, in FIG. 12, although the example which applied the power converter device which concerns on Embodiment 1-6 to the compressor 101 of an air conditioner was shown, it is not limited to this, Other than an air conditioner Needless to say, the present invention is applicable to heat pump devices, refrigeration devices and other refrigeration cycle devices in general.

本実施の形態7を用いることで、実施の形態1〜6に係る電力変換装置を圧縮機101および空気調和機に適用することができ、キャリア周波数や電流制御応答を小さくしても、高精度な電流制御を実現し、電力変換器の損失が少なく、低ノイズの電力変換装置となる。   By using this Embodiment 7, the power converter device which concerns on Embodiment 1-6 can be applied to the compressor 101 and an air conditioner, and even if it makes carrier frequency and a current control response small, it is highly accurate. Current control can be realized, and the power converter with low power loss and low noise can be obtained.

1 三相交流電源、2 三相整流器、3 昇圧コンバーター部、4 平滑コンデンサー、5 インバーター、6 モーター、7 リアクトル、8 スイッチング素子、9 逆流防止素子、10 スイッチング制御部、11 位相角算出部、12 電圧検出器、13 電流検出器、14 電圧検出器、15 ゼロクロス検出部、16 制御周波数のクロック、17 位相カウンターA、18 カウンター最大値演算部、19 位相カウンターB、20 減算器、21 PID制御部、22 減算器、23 PID制御部、24 繰り返し制御部、25 加算器、26 スイッチング信号決定部、27 入力アドレス決定部、28 出力アドレス決定部、29 誤差蓄積部、30 積分器、31 入力アドレス接続部、32 出力アドレス接続部、33 マルチレベルコンバーター部、34 スイッチング素子、35 スイッチング素子、36 逆流防止素子、37 逆流防止素子、38 中間コンデンサー、39、 スイッチング制御部、40 電圧検出器、41 減算器、42 PID制御部、43 減算器、44 加算器、45 スイッチング信号決定部、46 降圧コンバーター部、47 スイッチング素子、48 逆流防止素子、49 スイッチング制御部、50 減算器、51 PID制御部、61 第一経路、62 第二経路、63 N max決定手段、100 電力変換装置、101 圧縮機、101a 圧縮要素、102 四方弁、103 室外熱交換器、104 膨張装置、105 室内熱交換器、106 室外機、107 室内機。1 three-phase AC power source, 2 three-phase rectifier, 3 boost converter, 4 smoothing capacitor, 5 inverter, 6 motor, 7 reactor, 8 switching element, 9 backflow prevention element, 10 switching control unit, 11 phase angle calculation unit, 12 Voltage detector, 13 Current detector, 14 Voltage detector, 15 Zero cross detector, 16 Control frequency clock, 17 Phase counter A, 18 Counter maximum value calculator, 19 Phase counter B, 20 Subtractor, 21 PID controller , 22 subtractor, 23 PID control unit, 24 repetition control unit, 25 adder, 26 switching signal determination unit, 27 input address determination unit, 28 output address determination unit, 29 error accumulation unit, 30 integrator, 31 input address connection Part, 32 output address connection part, 33 multi-level converter part, 34 switch Switching element, 35 Switching element, 36 Backflow prevention element, 37 Backflow prevention element, 38 Intermediate capacitor, 39, Switching control unit, 40 Voltage detector, 41 Subtractor, 42 PID control unit, 43 Subtractor, 44 Adder, 45 Switching signal determination unit, 46 step-down converter unit, 47 switching element, 48 backflow prevention element, 49 switching control unit, 50 subtractor, 51 PID control unit, 61 first path, 62 second path, 63 N * max determination means, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power converter, 101 Compressor, 101a Compression element, 102 Four way valve, 103 Outdoor heat exchanger, 104 Expansion apparatus, 105 Indoor heat exchanger, 106 Outdoor unit, 107 Indoor unit.

Claims (13)

三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧または相電圧を検出する電圧検出器と、
前記三相交流電源を整流する三相整流器と、
リアクトルおよびスイッチング素子を有し、前記三相整流器の出力を昇圧または降圧するコンバーター部と、
前記コンバーター部の出力電圧を平滑する平滑コンデンサーと、
前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、
前記電圧検出器により検出した電圧の電源位相角を計算する位相角算出部と、
リアクトル電流を検出する電流検出器と、を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記リアクトル電流から電流偏差を算出し、出力する減算器と、
前記電流偏差を蓄積する積分器と、
前記減算器が出力した前記電流偏差を前記積分器に蓄積し、前記電源位相角に基づくタイミングで前記積分器から前記電流偏差を出力する繰り返し制御部と、
前記減算器が出力した前記電流偏差と前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差とを加算し、出力する加算器と、
前記加算器が出力した値に基づいて前記スイッチング素子のON/OFF信号を生成するスイッチング信号決定部と、を備え、
前記減算器が出力した前記電流偏差を前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差と前記加算器にて加算する処理を前記三相交流電源の1周期毎繰り返すものである
電力変換装置。
A voltage detector for detecting at least one line voltage or phase voltage of the three-phase AC power supply;
A three-phase rectifier for rectifying the three-phase AC power supply;
A converter unit having a reactor and a switching element, and boosting or stepping down the output of the three-phase rectifier;
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the converter unit;
A switching control unit for controlling the switching element;
A phase angle calculation unit for calculating a power supply phase angle of the voltage detected by the voltage detector;
A current detector for detecting the reactor current,
The switching controller is
A subtractor that calculates and outputs a current deviation from the reactor current; and
An integrator for accumulating the current deviation;
Accumulating the current deviation output from the subtractor in the integrator, and repeatedly outputting the current deviation from the integrator at a timing based on the power supply phase angle;
An adder for adding and outputting the current deviation output by the subtractor and the current deviation output by the repetitive control unit;
A switching signal determining unit that generates an ON / OFF signal of the switching element based on a value output from the adder,
The subtracter power converter processing of adding at the output to the current deviation of the current deviation outputted is the repetitive control unit has the adder in which repeats every one period of the three-phase AC power source.
前記位相角算出部は、
前記コンバーター部の制御周期をクロックとする第一位相カウンターおよび第二位相カウンターを有し、
前記第一位相カウンターは、前記クロック毎にカウントアップした値を出力し、該カウントアップした値は、前記電圧検出器の出力から生成されるゼロクロス信号の1周期毎にリセットされるものであり、
前記第二位相カウンターは、前記クロック毎にカウントアップした値を前記電源位相角として出力し、該カウントアップした値は、前記第一位相カウンターの出力の最大値から決定されるリセット値と同じになったらリセットされるものである
請求項1に記載の電力変換装置。
The phase angle calculator is
Having a first phase counter and a second phase counter with the control period of the converter as a clock;
The first phase counter outputs a value counted up for each clock, and the counted up value is reset every one cycle of a zero cross signal generated from the output of the voltage detector,
The second phase counter outputs a value counted up for each clock as the power supply phase angle, and the counted up value is the same as a reset value determined from the maximum output value of the first phase counter. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is reset when it becomes.
前記リセット値と、前記第一位相カウンターがリセットされる1クロック前の前記第一位相カウンターの値とを比較し、
前記リセット値の方が大きかった場合は、前記リセット値を1減算し、
前記リセット値の方が小さかった場合は、前記リセット値を1加算する
請求項2に記載の電力変換装置。
Comparing the reset value with the value of the first phase counter one clock before the first phase counter is reset;
If the reset value is larger, subtract 1 from the reset value,
The power converter according to claim 2, wherein when the reset value is smaller, 1 is added to the reset value.
前記位相角算出部は、
リセット値指令値から前記リセット値を減算して求めた偏差から制御周波数を出力する比例制御部を備え、
前記比例制御部は、
前記リセット値指令値と前記リセット値とが等しくなるように前記制御周波数を制御し、前記制御周波数に基づいて前記クロックを発生させるものである
請求項2または3に記載の電力変換装置。
The phase angle calculator is
A proportional control unit that outputs a control frequency from a deviation obtained by subtracting the reset value from a reset value command value;
The proportional control unit includes:
The control frequency is controlled so that the reset value command value and the reset value are equal, and the clock is generated based on the control frequency.
The power converter according to claim 2 or 3.
前記繰り返し制御部は、
前記電源位相角とアドレスが対応付けられた複数の前記積分器と、
入力された前記電源位相角から、入力された前記電流偏差を蓄積する前記積分器のアドレスを決定する入力アドレス決定部と、該積分器に前記電流偏差を蓄積させる入力アドレス接続部と、
入力された前記電源位相角から、蓄積した前記電流偏差を出力する前記積分器のアドレスを決定する出力アドレス決定部と、該積分器から前記電流偏差を出力させる出力アドレス接続部と、を備えた
請求項1〜4のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The repeat control unit
A plurality of integrators associated with the power supply phase angle and an address;
An input address determination unit that determines an address of the integrator that accumulates the input current deviation from the input power supply phase angle; an input address connection unit that accumulates the current deviation in the integrator;
An output address determination unit that determines an address of the integrator that outputs the accumulated current deviation from the input power supply phase angle; and an output address connection unit that outputs the current deviation from the integrator. The power converter device as described in any one of Claims 1-4.
前記繰り返し制御部は、
電源位相角αのアドレスに対応付けられた前記積分器に蓄積された前記電流偏差を、前記三相交流電源の1周期後の前記電源位相角αのタイミングで出力するものである
請求項5に記載の電力変換装置。
The repeat control unit
The current deviation accumulated in the integrator associated with the address of the power supply phase angle α is output at the timing of the power supply phase angle α after one cycle of the three-phase AC power supply. The power converter described.
前記スイッチング制御部は、
前記減算器が出力した前記電源位相角αの前記電流偏差を前記三相交流電源の1周期後の前記電源位相角αのタイミングで前記積分器から出力した前記電流偏差と加算するものである
請求項6に記載の電力変換装置。
The switching controller is
The current deviation of the power supply phase angle α output from the subtractor is added to the current deviation output from the integrator at the timing of the power supply phase angle α after one cycle of the three-phase AC power supply. Item 7. The power conversion device according to Item 6.
前記コンバーター部は、
前記リアクトルと、
前記スイッチング素子と、
逆流防止素子と、を備え、
前記リアクトルと前記逆流防止素子とは直列に接続され、
前記リアクトルの一端が前記三相整流器側と接続され、前記逆流防止素子の一端が前記平滑コンデンサー側と接続され、
前記スイッチング素子は、一端が前記リアクトルと前記逆流防止素子との間に接続され、かつ、前記平滑コンデンサーと並列に接続されて構成されている昇圧コンバーターである
請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The converter part is
The reactor;
The switching element;
A backflow prevention element,
The reactor and the backflow prevention element are connected in series,
One end of the reactor is connected to the three-phase rectifier side, one end of the backflow prevention element is connected to the smoothing capacitor side,
The switching element is a boost converter having one end connected between the reactor and the backflow prevention element and connected in parallel with the smoothing capacitor. The power converter device described in 1.
前記コンバーター部は、
前記リアクトルと、
互いに直列に接続された二つの前記スイッチング素子と、
互いに直列に接続された二つの逆流防止素子と、
中間コンデンサーと、を備え、
二つの前記スイッチング素子と二つの前記逆流防止素子とは直列に接続され、かつ、前記平滑コンデンサーと並列に接続され、
前記リアクトルは、一端が前記三相整流器側に接続され、他端が前記スイッチング素子と前記逆流防止素子との間に接続され、
前記中間コンデンサーは、一端が二つの前記スイッチング素子の間に接続され、他端が二つの前記逆流防止素子の間に接続されて構成されているマルチレベルコンバーターである
請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The converter part is
The reactor;
Two switching elements connected in series with each other;
Two backflow prevention elements connected in series with each other;
An intermediate condenser, and
The two switching elements and the two backflow prevention elements are connected in series, and connected in parallel with the smoothing capacitor,
The reactor has one end connected to the three-phase rectifier side and the other end connected between the switching element and the backflow prevention element.
The intermediate capacitor is a multi-level converter having one end connected between the two switching elements and the other end connected between the two backflow prevention elements. The power conversion device according to one item.
前記コンバーター部は、
前記リアクトルと、
前記スイッチング素子と、
逆流防止素子と、を備え、
前記スイッチング素子と前記リアクトルとは直列に接続され、
前記スイッチング素子の一端が前記三相整流器側と接続され、前記リアクトルの一端が前記平滑コンデンサー側と接続され、
前記逆流防止素子は、一端が前記スイッチング素子と前記リアクトルとの間に接続され、かつ、前記平滑コンデンサーと並列に接続されて構成されている降圧コンバーターである
請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
The converter part is
The reactor;
The switching element;
A backflow prevention element,
The switching element and the reactor are connected in series,
One end of the switching element is connected to the three-phase rectifier side, one end of the reactor is connected to the smoothing capacitor side,
8. The step-down converter is configured as a step-down converter having one end connected between the switching element and the reactor and connected in parallel with the smoothing capacitor. The power converter device described in 1.
圧縮機、凝縮器、膨張装置、および、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、
前記圧縮機に電力を供給して駆動する請求項1〜10のいずれか一項に記載の電力変換装置と、を備えた
冷凍サイクル装置。
A refrigerant circuit in which a compressor, a condenser, an expansion device, and an evaporator are annularly connected by a refrigerant pipe;
A refrigeration cycle apparatus comprising: the power conversion device according to any one of claims 1 to 10 that is driven by supplying electric power to the compressor.
三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧または相電圧を検出する電圧検出器と、
前記三相交流電源を整流する三相整流器と、
リアクトルおよびスイッチング素子を有し、前記三相整流器の出力を昇圧または降圧するコンバーター部と、
前記コンバーター部の出力電圧を平滑する平滑コンデンサーと、
前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、
前記電圧検出器により検出した電圧の電源位相角を計算する位相角算出部と、
リアクトル電流を検出する電流検出器と、を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記リアクトル電流から電流偏差を算出し、出力する減算器と、
前記減算器が出力した前記電流偏差を蓄積し、前記電源位相角に基づくタイミングで前記電流偏差を出力する繰り返し制御部と、
前記減算器が出力した前記電流偏差と前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差とを加算し、出力する加算器と、
前記加算器が出力した値に基づいて前記スイッチング素子のON/OFF信号を生成するスイッチング信号決定部と、を備え、
前記減算器が出力した前記電流偏差を前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差と前記加算器にて加算する処理を前記三相交流電源の1周期毎繰り返すものであり、
前記位相角算出部は、
前記コンバーター部の制御周期をクロックとする第一位相カウンターおよび第二位相カウンターを有し、
前記第一位相カウンターは、前記クロック毎にカウントアップした値を出力し、該カウントアップした値は、前記電圧検出器の出力から生成されるゼロクロス信号の1周期毎にリセットされるものであり、
前記第二位相カウンターは、前記クロック毎にカウントアップした値を前記電源位相角として出力し、該カウントアップした値は、前記第一位相カウンターの出力の最大値から決定されるリセット値と同じになったらリセットされるものである
電力変換装置。
A voltage detector for detecting at least one line voltage or phase voltage of the three-phase AC power supply;
A three-phase rectifier for rectifying the three-phase AC power supply;
A converter unit having a reactor and a switching element, and boosting or stepping down the output of the three-phase rectifier;
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the converter unit;
A switching control unit for controlling the switching element;
A phase angle calculation unit for calculating a power supply phase angle of the voltage detected by the voltage detector;
A current detector for detecting the reactor current,
The switching controller is
A subtractor that calculates and outputs a current deviation from the reactor current; and
Accumulating the current deviation output by the subtracter, and repeatedly outputting the current deviation at a timing based on the power supply phase angle;
An adder for adding and outputting the current deviation output by the subtractor and the current deviation output by the repetitive control unit;
A switching signal determining unit that generates an ON / OFF signal of the switching element based on a value output from the adder,
Is intended to repeat the process of adding the subtractor and said current deviation of the current deviation outputted to output said repetitive control unit by the adder for each cycle of the three-phase AC power source,
The phase angle calculator is
Having a first phase counter and a second phase counter with the control period of the converter as a clock;
The first phase counter outputs a value counted up for each clock, and the counted up value is reset every one cycle of a zero cross signal generated from the output of the voltage detector,
The second phase counter outputs a value counted up for each clock as the power supply phase angle, and the counted up value is the same as a reset value determined from the maximum output value of the first phase counter. Power converter that is reset when it becomes.
三相交流電源の少なくとも一つの線間電圧または相電圧を検出する電圧検出器と、
前記三相交流電源を整流する三相整流器と、
リアクトルおよびスイッチング素子を有し、前記三相整流器の出力を昇圧または降圧するコンバーター部と、
前記コンバーター部の出力電圧を平滑する平滑コンデンサーと、
前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、
前記電圧検出器により検出した電圧の電源位相角を計算する位相角算出部と、
リアクトル電流を検出する電流検出器と、を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記リアクトル電流から電流偏差を算出し、出力する減算器と、
前記減算器が出力した前記電流偏差を蓄積し、前記電源位相角に基づくタイミングで前記電流偏差を出力する繰り返し制御部と、
前記減算器が出力した前記電流偏差と前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差とを加算し、出力する加算器と、
前記加算器が出力した値に基づいて前記スイッチング素子のON/OFF信号を生成するスイッチング信号決定部と、を備え、
前記減算器が出力した前記電流偏差を前記繰り返し制御部が出力した前記電流偏差と前記加算器にて加算する処理を前記三相交流電源の1周期毎繰り返すものであり、
前記繰り返し制御部は、
前記電源位相角とアドレスが対応付けられた複数の積分器と、
入力された前記電源位相角から、入力された前記電流偏差を蓄積する前記積分器のアドレスを決定する入力アドレス決定部と、該積分器に前記電流偏差を蓄積させる入力アドレス接続部と、
入力された前記電源位相角から、蓄積した前記電流偏差を出力する前記積分器のアドレスを決定する出力アドレス決定部と、該積分器から前記電流偏差を出力させる出力アドレス接続部と、を備えた
電力変換装置。
A voltage detector for detecting at least one line voltage or phase voltage of the three-phase AC power supply;
A three-phase rectifier for rectifying the three-phase AC power supply;
A converter unit having a reactor and a switching element, and boosting or stepping down the output of the three-phase rectifier;
A smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the converter unit;
A switching control unit for controlling the switching element;
A phase angle calculation unit for calculating a power supply phase angle of the voltage detected by the voltage detector;
A current detector for detecting the reactor current,
The switching controller is
A subtractor that calculates and outputs a current deviation from the reactor current; and
Accumulating the current deviation output by the subtracter, and repeatedly outputting the current deviation at a timing based on the power supply phase angle;
An adder for adding and outputting the current deviation output by the subtractor and the current deviation output by the repetitive control unit;
A switching signal determining unit that generates an ON / OFF signal of the switching element based on a value output from the adder,
Is intended to repeat the process of adding the subtractor and said current deviation of the current deviation outputted to output said repetitive control unit by the adder for each cycle of the three-phase AC power source,
The repeat control unit
A plurality of integrators associated with the power phase angle and an address;
An input address determination unit that determines an address of the integrator that accumulates the input current deviation from the input power supply phase angle; an input address connection unit that accumulates the current deviation in the integrator;
An output address determination unit that determines an address of the integrator that outputs the accumulated current deviation from the input power supply phase angle; and an output address connection unit that outputs the current deviation from the integrator. Power conversion device.
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