JP2005223991A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
可変周波数で運転される機器に対応するインバータの制御において、外乱の影響を抑制しながら、インバータからの出力電流波形を補正し、その歪みを除去する。
【解決手段】
速度制御部と電流制御部９とを備えるインバータ制御装置を用いる。速度制御部は、可変速駆動される交流電動機の角周波数指令と検出角周波数ωとに基づき、電流指令ｉ^＊を出力する。電流制御部９は、電流指令Ｉ^＊と電流値Ｉと検出角周波数ωとに基づき、繰り返し補償の制御により電圧指令Ｖ^＊を出力する。ただし、電流制御部９は、電流指令Ｉ^＊（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）、電流値Ｉ（ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ＝ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）及び検出角周波数ωに基づき、電流指令Ｉ^＊に繰り返し補償の制御を行い電流指令Δｉ_ｄ ^＊、Δｉ_ｑ ^＊を出力する繰り返し補償部２４と、電流指令Δｉ_ｄ ^＊、Δｉ_ｑ ^＊と検出角周波数ωとに基づいて、電圧指令Ｖ^＊＝ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊を出力する電圧生成部２５とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明はインバータ制御装置に関し、特に、回転機械の可変速駆動に用いられるインバータ制御装置及びインバータシステムに関する。

インバータ制御装置により制御されたインバータ（可変速駆動装置）を用いて、交流電動機を可変速で駆動する技術が知られている。このようなインバータでは、所望の電流を得るために回転機械に供給される電力の電流値をインバータ制御装置へフィードバックする。そして、インバータ制御装置は、その電流値に基づいて電流制御を行い、回転機械に供給される電力の電圧値を制御することにより、所望の電流を得るようにインバータを制御する。

インバータの動作においては、スイッチング素子の上アームと下アームとが短絡するのを防ぐため、２つのアームが同時にＯＮにならないように制御される。すなわち、２つのアームが同時にＯＦＦになるデッドタイムＴｄが存在する。そのため、実際にインバータから出力される電圧には誤差を生じ、インバータ制御装置からの制御指令通りの電圧を出力することは困難となる。この出力電圧の誤差は、出力電流符号が切り替わるタイミングで、特にその影響が大きくなる。従って、電流波形の正負が逆転するゼロクロス点近傍において、出力電流の波形に生じる歪みが大きくなる原因となっている。

このデッドタイムＴｄによる出力電圧の誤差を補償する方法として、簡易デッドタイム補償法が知られている。出力電圧Ｖ_ａの誤差は、出力電流ｉ_ａの符号に等しく、その誤差は、時間に対してほぼ方形波状となる。そのため、出力電流ｉ_ａの絶対値が所定の値より大きい（電流波形がゼロクロス点近傍でない）場合、スイッチングの遅れ等を考慮して決められた下式（１）で定義されるデッドタイム補正量Ｖ_Ｔｄ ^＊を用いる。また、出力電流ｉ_ａの絶対値が所定の値より小さい（電流波形がゼロクロス点近傍である）場合、デッドタイム補正量を０とする。
Ｖ_Ｔｄ ^＊＝Ｖ_Ｔｄ・ｓiｇｎ（ｉ_ａ） （１）

ただし、この方法でも、ゼロクロス点近傍のような出力電流ｉ_ａの小さい場合、符号の判定が難しく、正確に出力電圧の補正を行うことが困難となる。

図８は、上記のような制御を行うインバータによる３相交流電流の出力電流波形を示すグラフである。縦軸は電流値、横軸は時間である。各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の電流は、それぞれのスイッチング素子において発生するデッドタイムによる出力電圧の誤差を補償されている。しかし、それでも図中Ａの領域で示されるように、ゼロクロス点近傍で出力電流波形に大きな歪みを生じていることが判る。

関連する技術として、特開２００１−２８８８２号公報に系統連係インバータ装置の技術が開示されている。この技術の系統連係インバータ装置は、入力した直流電圧から交流電圧を生成して、系統連係に出力する系統連係インバータ装置において、出力電流を制御する繰返し補償器を設けたことを特徴としている。
この技術は、例えば太陽電池や燃料電池のような直流電源から入力される直流電力を、交流電力に変換し、固定周波数の商用系統電源と連系するために、系統連係インバータ装置において用いられる。

図９は、この技術に用いられる、繰返し補償器の構成を示すブロック図である。
繰返し補償器４００（特開２００１−２８８８２号公報の図２中、繰返し補償器４）は、周期的な外乱の影響を補償するべく、出力電流指令Ｉａ^＊と、インバータ出力電流Ｉａとの偏差である電流制御誤差ΔＩａに対し、その外乱周期Ｌより短い周期Ｌ’のむだ時間要素「ｅ^−Ｌ’ｓ」４０２を持つ繰返し補償演算を行い、電流制御器入力ΔＩａ^＊を求める。さらにこの繰返し補償器４００では、制御系の安定化のために時定数Ｔの低域通過フィルタ４０１を上記むだ時間要素「ｅ^−Ｌ’ｓ」４０２の前段に付加配置する。
この場合、むだ時間要素の係数として従来用いられている外乱周期Ｌではなく、予め下式（２）で算出される周期Ｌ’（固定値）を用いている。
Ｌ’＝Ｌ｛１−１／（２π）・ｔａｎ^−１（２πＴ／Ｌ）} （２）
ここで、
Ｌ：外乱周期である電源周期
（＝１／（商用系統電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ））：固定値）
Ｔ：低域通過フィルタ４０１の時定数
むだ時間要素の係数として周期Ｌ’を用いることにより、図９の構成を通過する際に生じる電流制御誤差ΔＩａの位相遅れを抑制することが出来る。そして、補償器ゲインの低下を大幅に改善することが出来る。

交流電動機の制御等に用いられる可変周波数に対応するインバータの制御において、出力電流波形を補正し、その歪みを除去することが可能な技術が求められている。ゼロクロス点近傍のような出力電流の小さい領域においても正確に補正を行うことが可能な技術が望まれている。外乱の影響を受け難い補正技術が求められている。

特開２００１−２８８８２号公報

従って、本発明の目的は、可変周波数に対応するインバータの制御において、出力電流波形を補正し、その歪みを除去することが可能なインバータ制御装置及びインバータシステムを提供することである。

また、本発明の他の目的は、可変周波数に対応するインバータの制御において、ゼロクロス点近傍のような出力電流の小さい領域においても正確に出力電流波形を補正することが可能なインバータ制御装置及びインバータシステムを提供することである。

本発明の更に他の目的は、可変周波数に対応するインバータの制御において、外乱の影響を抑制しながら出力電流波形を補正することが可能なインバータ制御装置及びインバータシステムを提供することである。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

従って、上記課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、速度制御部（７）と、電流制御部（９）とを具備する。
速度制御部（７）は、可変速駆動される交流電動機（３）に関する角周波数指令（ω^＊）と、交流電動機（３）の検出角周波数（ω）とに基づいて、交流電動機（３）に供給される電力に関する第１電流指令（ｉ^＊）を出力する。電流制御部（９）は、第１電流指令（Ｉ^＊）と、その電力の電流値（Ｉ）と、検出角周波数（ω）とに基づいて、繰り返し補償の制御の行われたその電力に関する電圧指令（Ｖ^＊）を出力する。

また、本発明のインバータ制御装置は、電流制御部（９）が、繰り返し補償部（２４）と、電圧生成部（２５−１及び２５−２）とを具備する。
繰り返し補償部（２４）は、第１電流指令（ｉ^＊＝ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊）と、電流値（Ｉ＝ｉ_ｕ、ｉ_ｖ及びｉ_ｗ＝ｉ_ｄ及びｉ_ｑ）と、検出角周波数（ω）とに基づいて、第１電流指令（ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊）に繰り返し補償の制御を行い第２電流指令（Δｉ_ｄ ^＊及びΔｉ_ｑ ^＊）を出力する。電圧生成部（２５−１及び２５−２）は、第２電流指令（Δｉ_ｄ ^＊及びΔｉ_ｑ ^＊）と検出角周波数（ω）とに基づいて、電圧指令（Ｖ^＊＝ｖ_ｄ ^＊及びｖ_ｑ ^＊＝ｖ_ｕ、ｖ_ｖ及びｖ_ｗ）を出力する。

また、本発明のインバータ制御装置は、繰り返し補償部（２４）が、第１加算部（３１−１及び３１−２）と、低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）と、むだ時間部（３３−１及び３３−２）と、第２加算部（３４−１及び３４−２）とを具備する。
第１加算部（３１−１及び３１−２）は、第１電流指令（ｉ^＊＝ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊）と電流値（Ｉ＝ｉ_ｕ、ｉ_ｖ及びｉ_ｗ＝ｉ_ｄ及びｉ_ｑ）との差としての電流制御誤差（Δｉ_ｄ及びΔｉ_ｑ）と、１つ前の周期としての前周期での電流補償値指令（δｉ_ｄ ^＊（前回）及びδｉ_ｑ ^＊（前回））とに基づいて、第１補償電流値（δｉ_ｄ及びδｉ_ｑ）を出力する。低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）は、第１補償電流値（δｉ_ｄ及びδｉ_ｑ）の内の低域を通過させ、第２補償電流値（δｉ_ｄＬＰＦ及びδｉ_ｑＬＰＦ）として出力する。むだ時間部（３３−１及び３３−２）は、第２補償電流値（δｉ_ｄＬＰＦ及びδｉ_ｑＬＰＦ）と検出角周波数（ω）と低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）の位相特性（Ｔ）とに基づいて、むだ時間制御された電流補償値指令（δｉ_ｄ ^＊及びδｉ_ｄ ^＊）を出力する。第２加算部（３４−１及び３４−２）は、第１電流指令（ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊）と電流補償値指令（δｉ_ｄ ^＊及びδｉ_ｄ ^＊）とに基づいて、第２電流指令（Δｉ_ｄ ^＊及びΔｉ_ｑ ^＊）を出力する。

また、本発明のインバータ制御装置は、むだ時間部（３３−１及び３３−２）が、そのむだ時間制御に用いるむだ時間（Ｌ’）を、検出角周波数（ω）と低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）の位相特性（Ｔ）とに基づいて算出する。

更に、本発明のインバータ制御装置は、検出角周波数（ω）と低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）の位相特性（Ｔ）とに基づいて、むだ時間（Ｌ’）を出力する補正量制御部（１０）を更にを具備する。

更に、本発明のインバータ制御装置は、補正量制御部（１０）が、検出角周波数（４１）と低域通過フィルタ部（３２−１及び３２−２）の位相特性（４２）とむだ時間（４３）とを関連付けて記憶した補正量テーブル（１０−１）を備える。
そして、補正量制御部（１０）は、補正量テーブル（１０−１）を用いて、むだ時間（Ｌ’）を抽出する。

上記課題を解決するために、本発明のインバータシステムは、インバータ制御装置（１）と、電力変換部（２）とを具備する。
インバータ制御装置（１）は、可変速駆動される交流電動機（３）の角周波数（ω）と角周波数指令（ω^＊）と交流電動機（３）に供給される電力の電流値（Ｉ）とに基づいて、その電力に関する電圧指令（Ｖ^＊）を出力する。上記各項のいずれか一項に記載されている。電力変換部（２）は、電圧指令（Ｖ^＊）に基づいて、供給電力を、交流電動機（３）を角周波数指令（ω^＊）に従ったその可変速駆動可能な他の３相交流電力へ変換する。

本発明により、交流電動機３のような可変周波数で運転される機器に対応する電力変換部２（インバータ）の制御において、外乱の影響を抑制しながら、インバータからの出力電流波形を補正し、その歪みを除去することが可能となる。

以下、本発明であるインバータ制御装置及びインバータシステムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、誘導電動機の可変速制御に使用されるインバータ制御装置及びインバータシステムを例に示して説明するが、他の回転機器の可変速制御においても、適用可能である（なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する）。

（第１の実施の形態）
以下、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
インバータシステムは、インバータ制御装置１及び電力変換部２を備える。そして、電力変換部２は、電力供給源５から供給される電力を所望の特性を有する電力に変換し、交流電動機３へ供給する。その際、インバータ制御装置１は、交流電動機３に供給される電力の電流値（電流計８−１及び電流計８−２により計測）、交流電動機３の角周波数（位置・速度検出器４により計測）及び角周波数指令（外部より入力される）に基づいて、電力変換部２を制御する。

インバータ制御装置１は、マイクロプロセッサやデジタルシグナルプロセッサ等に例示される制御・情報処理機能を有する情報処理装置である。ワークステーションやパーソナルコンピュータ（入力／出力装置、表示装置を含む）であっても構わない。交流電動機３の角周波数である検出角周波数と、角周波数の指示としての角周波数指令と、交流電動機３に供給される電力の電流値とに基づいて、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電力変換部２を制御する。
インバータ制御装置１は、情報処理プログラムとしての比較部６、速度制御部７、出力電流検出部８、電流制御部９及びＰＷＭ信号生成部１１を備える。

比較部６は、交流電動機３の角周波数である検出角周波数ωと、交流電動機３への角周波数の指示としての角周波数指令ω^＊とを比較し、その差である角周波数指令Δω^＊＝ω^＊−ωを算出する。角周波数指令Δω^＊は、速度制御部７へ出力される。

速度制御部７は、角周波数指令Δω^＊に基づいて、ＰＩＤ制御（Ｐ、Ｉ、Ｄの少なくとも１つを含む制御）により、交流電動機３の角周波数（検出角周波数ω）が角周波数指令ω^＊となるように、第１電流指令としての電流指令ｉ^＊、すなわちｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊を算出する。電流指令ｉ^＊（ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊）は、電流制御部９へ出力される。

出力電流検出部８は、電流計８−１により検出された交流電動機３に供給される３相交流電力の１相分（例えばｕ相）の電流と、電流計８−２により検出された他の１相分（例えばｗ相）の電流とに基づいて、電力変換部２から交流電動機３へ供給されている３相交流電流としての検出電流Ｉ、すなわち３相分（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを算出する。検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）は、電流制御部９へ出力される。

電流制御部９は、検出角周波数ωと、電流指令ｉ^＊（ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊）と、検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）とに基づいて、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電圧指令Ｖ^＊（電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）を算出する。詳細は後述する。

ＰＷＭ信号生成部１１は、電圧指令Ｖ^＊（電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）に基づいて、電力変換部２をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するためのＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊（ＰＷＭ指令Ｓ_ｕ ^＊、Ｓ_ｖ ^＊、Ｓ_ｗ ^＊）を算出する。ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊（ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭｕ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｖ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｗ ^＊）は、電力変換部２へ出力される。

電力供給源５は、交流電動機３に供給する電力の供給源である。電力の供給源は、商用電力系統から供給される電力、バッテリーや太陽電池や燃料電池、風力発電機から供給される電力に例示される。

電力変換部２は、インバータを含む。インバータは、ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊（ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭｕ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｖ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｗ ^＊）に基づいて、電力供給源５から供給される電力を所望の特性を有する３相交流電力へ変換する。その３相交流電力は、交流電動機３へ出力される。
電力変換部２は、電力供給源５から供給される電力が交流電力の場合、その交流電力を所望の直流電力へ変換する整流器及びインバータに、直流電力の場合、その直流電力を所望の直流電力へ変換するＤＣ−ＤＣコンバータ及びインバータに例示される。

交流電動機３は、誘導電動機や同期電動機に例示される可変速駆動が可能な電動機である。電動機（モータ）及び発電機として駆動される。

位置・速度検出器４は、交流電動機の位置及び角周波数を検出する。そして、検出位置θ及び角周波数ωとして電流制御部９及び比較部６へ出力する。位置・速度検出器４は、ＰＧやパルスエンコーダに例示される。

電流制御部９について更に説明する。
図２は、電流制御部９の構成を示すブロック図である。
電流制御部９は、３相／２相変換部２１、比較部２３−１及び比較部２３−２、繰り返し補償部２４、電圧指令生成部２５−１及び電圧指令生成部２５−２、２相／３相変換部２７、デッドタイム補正部２８、加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３を備える。

３相／２相変換部２１は、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）を、２相（ｄ軸、ｑ軸）の検出電流Ｉ’（検出電流ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）へ変換し、比較部２３−１及び２３−２へ出力する。

比較部２３−１は、電流指令ｉ^＊のｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊と、３相／２相変換部２１からの検出電流ｉ_ｄとを比較し、その差であるｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄ＝ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄを算出し、繰り返し補償部２４へ出力する。同様に、比較部２３−２は、電流指令ｉ^＊のｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊と、３相／２相変換部２１からの検出電流ｉ_ｑとを比較し、その差であるｑ軸電流制御誤差令Δｉ_ｑ＝ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑを算出し、繰り返し補償部２４へ出力する。

繰り返し補償部２４は、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄと検出角周波数ωとに基づいて、繰り返し補償制御を行い、ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊を算出し、電圧指令生成部２５−１へ出力する。また、ｑ軸電流制御誤差令Δｉ_ｑと検出角周波数ωとに基づいて、繰り返し補償制御を行い、ｑ軸電流指令Δｉ_ｑ ^＊を算出し、電圧指令生成部２５−２へ出力する。

電圧指令生成部２５−１は、ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊に基づいて、ＰＩＤ制御（Ｐ、Ｉ、Ｄの少なくとも１つを含む制御）により、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電圧指令Ｖ_ｄ ^＊を算出し、２相／３相変換部２７へ出力する。同様に、電圧指令生成部２５−２は、ｑ軸電流指令Δｉ_ｑ ^＊に基づいて、ＰＩＤ制御（Ｐ、Ｉ、Ｄの少なくとも１つを含む制御）により、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電圧指令Ｖ_ｑ ^＊を算出し、２相／３相変換部２７へ出力する。

２相／３相変換部２７は、２相（ｄ軸、ｑ軸）の電圧指令Ｖ^＊’（電圧指令Ｖ_ｄ ^＊、Ｖ_ｑ ^＊）を、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の電圧指令Ｖ^＊’’（電圧指令Ｖ_ｕ ^＊’、Ｖ_ｖ ^＊’、Ｖ_ｗ ^＊’）へ変換する。そして、その各々を加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３へ出力する。

デッドタイム補正部２８は、検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）に基づいて、簡易デッドタイム補正法により、各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のデッドタイム補正量を算出する。すなわち、式（１）により各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のデッドタイム補正量Ｖ_ｕＴｄ ^＊、Ｖ_ｖＴｄ ^＊、Ｖ_ｗＴｄ ^＊を算出する。そして、その各々を加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３へ出力する。

加算部２９−１は、電圧指令Ｖ_ｕ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｕＴｄ ^＊とを加えて、電圧指令Ｖ_ｕ ^＊としてＰＷＭ信号生成部１１へ出力する。同様に、加算部２９−２は電圧指令Ｖ_ｖ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｖＴｄ ^＊とを加えて電圧指令Ｖ_ｖ ^＊として、加算部２９−３は電圧指令Ｖ_ｗ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｗＴｄ ^＊とを加えて電圧指令Ｖ_ｗ ^＊として、それぞれＰＷＭ信号生成部１１へ出力する。ここで、電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊は、まとめて電圧指令Ｖ^＊である。

繰り返し補償部２４について更に説明する。
繰り返し補償部２４は、ｄ軸電流指令用の加算部３１−１、低域通過フィルタ３２−１、むだ時間部３３−１及び加算部３４−１を備える。同様にｑ軸電流指令用の加算部３１−２、低域通過フィルタ３２−２、むだ時間部３３−２及び３４−２を備える。ｄ軸側とｑ軸側は、軸が異なる他は同様の動作であるため、ｄ軸側についてのみ説明する。

加算部３１−１は、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄと１制御周期（Ｔｓ）分だけ前（以下（前回）と記す）の電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊（前回）とを加算した第１補償電流地としての補償電流値δｉ_ｄ＝Δｉ_ｄ＋δｉ_ｄ ^＊（前回）を出力する。

低域通過フィルタ３２−１は、入力された補償電流値δｉ_ｄの内の低域を通過させることにより、補償電流値δｉ_ｄに含まれる外乱を抑制する。
低域通過フィルタ３２−１は、入力された補償電流値δｉ_ｄと、低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦ（前回）とに基づいて、以下の式（３）で第２補償電流地としての低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを算出し、出力する。それと共に、その値を改めて低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦ（前回）として記憶する。
δｉ_ｄＬＰＦ＝δｉ_ｄＬＰＦ（前回）＋Ｔ／Ｔｓ・{δｉ_ｄＬＰＦ（前回）−δｉ_ｄ} （３）
ただし、Ｔｓ：制御周期
Ｔ：低域通過フィルタ３２−１の時定数

むだ時間部３３−１は、以下の式（４）で表現されるむだ時間制御を行う。すなわち、入力された低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを、所定の期間（むだ時間Ｌ’）だけ記憶する。Ｌ’／Ｔｓ以下の整数個分の低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを格納している。それと共に、所定の時間（むだ時間Ｌ’）が経過した低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊として加算部３４−１及び加算部３１−１へ出力する。所定の期間（むだ時間Ｌ’）は、検出角周波数ωと低域通過フィルタの位相特性（例示：時定数）に基づいて、以下の式（５）で算出する。
δｉ_ｄ ^＊＝δｉ_ｄＬＰＦ・ｅｘｐ（−Ｌ’ｓ） （４）
ただし、
ｓ：ラプラス変換パラメータ
Ｌ’＝Ｌ｛１−１／（２π）・ｔａｎ^−１（２πＴ／Ｌ）} （５）
ここで、
Ｌ：外乱周期（＝２π／ωであり、位置・速度検出器４から入力される。）

加算部３４−１は、電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊とｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄとを加算し、第２電流指令としてのｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊＝δｉ_ｄ ^＊＋Δｉ_ｄとして電圧生成部２５−１へ出力する。

繰り返し補償部２４は、電力変換部２から交流電動機３へ出力された３相交流電力の周期的な外乱を補償する。そのために、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄに対して、その外乱周期Ｌよりも短い周期Ｌ’のむだ時間要素ｅｘｐ（−Ｌ’ｓ）による繰り返し補償演算を行い、ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊を算出する。
更に、この繰り返し補償部２４では、制御系の安定化のために時定数Ｔの低域通過フィルタ３２−１をむだ時間部３３−１の前段に配置している。
むだ時間要素の係数として周期Ｌ’（＜電源周期Ｌ）を用いることにより、繰り返し補償部２４で電源周期Ｌを用いた場合に生じる生じる電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊の位相遅れを抑制することが出来る。そして、それにより、外乱周期分の１の整数倍周波数において、繰り返し補償部２４のゲインが低下して充分な電流歪み低減効果が得られなくなる現象を、大幅に改善することが出来る。

次に、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の動作について、図１及び図２を参照して説明する。
電力供給源５から供給される電力は、電力変換部２により所望の３相交流電力へ変換される。その電力は、交流電動機３へ供給される。
その際、インバータ制御装置１において、以下のような制御が行われることにより、電力変換部２での電力変換が制御される。

交流電動機３に供給される３相交流電力の１相分（例えばｕ相）の電流と、他の１相分（例えばｖ相）の電流とが、それぞれ電流計８−１及び電流計８−２により検出される。それらの電流は、出力電流検出部８へ出力される。
それらの電流に基づいて、出力電流検出部８により、交流電動機３に供給されている３相交流電流としての検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）が算出される。検出電流Ｉは、電流制御部９へ出力される。

交流電動機３において、検出角周波数ωは、位置・速度検出器４により検出される。検出角周波数ωは、電流制御部９及び比較部６へ出力される。

角周波数指令ω^＊と検出角周波数ωとに基づいて、比較部６において、角周波数指令Δω^＊が算出され、速度制御部７へ出力される。
そして、角周波数指令Δω^＊に基づいて、速度制御部７において、ＰＩＤ制御により、交流電動機３の角周波数が角周波数指令ω^＊となるように、電流指令ｉ^＊（ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊）が算出される。電流指令ｉ^＊は、電流制御部９へ出力される。

検出電流Ｉは、電流制御部９の３相／２相変換部２１において、３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）から、２相（ｄ軸、ｑ軸）の検出電流ｉ_ｄ及び検出電流ｉ_ｑへ変換され、それぞれ比較部２３−１及び２３−２へ出力される。
ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊と３相／２相変換部２１からの検出電流ｉ_ｄとに基づいて、比較部２３−１において、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄが算出され、繰り返し補償部２４へ出力される。同様に、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊と３相／２相変換部２１からの検出電流ｉ_ｑとに基づいて、比較部２３−２において、ｑ軸電流制御誤差令Δｉ_ｑが算出され、繰り返し補償部２４へ出力される。

次に、繰り返し補償部２４において、以下の動作がなされる。
ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄと電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊（前回）とに基づいて、加算部３１−１により、補償電流値δｉ_ｄが、低域通過フィルター３２−４へ出力される。
補償電流値δｉ_ｄは、低域通過フィルタ３２−１において、低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦ（前回）を用いた前述の式（３）により外乱を低減された低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦとなり、むだ時間部３３−１へ出力される。

低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦは、所定の期間（むだ時間Ｌ’：前述の式（５）で算出）だけむだ時間部３３−１において格納された後、電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊として加算部３４−１及び加算部３１−１へ出力される。

電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊は、加算部３４−１により、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄと加算され、ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊として電圧生成部２５−１へ出力される。

同様にして、繰り返し補償部２４において、ｑ相電流制御誤差令Δｉ_ｑと検出角周波数ωとに基づいて、繰り返し補償制御が行われ、ｑ軸電流指令Δｉ_ｑ ^＊が算出され、電圧指令生成部２５−２へ出力される。

ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊に基づいて、電圧指令生成部２５−１において、ＰＩＤ制御により、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電圧指令Ｖ_ｄ ^＊が算出され、２相／３相変換部２７へ出力される。同様に、ｑ軸電流指令Δｉ_ｑ ^＊に基づいて、電圧指令生成部２５−２により、ＰＩＤ制御により、電圧指令Ｖ_ｑ ^＊が算出され、２相／３相変換部２７へ出力される。

電圧指令Ｖ_ｄ ^＊及び電圧指令Ｖ_ｑ ^＊は、２相／３相変換部２７において、２相（ｄ軸、ｑ軸）から３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）の電圧指令Ｖ_ｕ ^＊’、電圧指令Ｖ_ｖ ^＊’、電圧指令Ｖ_ｗ ^＊’へ変換される。そして、その各々は、加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３へ出力される。

検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）に基づいて、デッドタイム補正部２８において、簡易デッドタイム補正法により、各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のデッドタイム補正量Ｖ_ｕＴｄ ^＊、Ｖ_ｖＴｄ ^＊、Ｖ_ｗＴｄ ^＊が算出される。そして、その各々は、加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３へ出力される。

電圧指令Ｖ_ｕ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｕＴｄ ^＊とは、加算部２９−１において加算され、電圧指令Ｖ_ｕ ^＊としてＰＷＭ信号生成部１１へ出力される。同様に、電圧指令Ｖ_ｖ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｖＴｄ ^＊とは、加算部２９−２において加算され、電圧指令Ｖ_ｖ ^＊として、電圧指令Ｖ_ｗ ^＊’とデッドタイム補正量Ｖ_ｗＴｄ ^＊とは、加算部２９−３において加算され、電圧指令Ｖ_ｗ ^＊として、それぞれＰＷＭ信号生成部１１へ出力される。

電圧指令Ｖ^＊（電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）に基づいて、ＰＷＭ信号生成部１１において、ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊（ＰＷＭ指令Ｓ_ｕ ^＊、Ｓ_ｖ ^＊、Ｓ_ｗ ^＊）を算出する。ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊は、電力変換部２へ出力される。

ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭ ^＊（ＰＷＭ指令Ｓ_ＰＷＭｕ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｖ ^＊、Ｓ_ＰＷＭｗ ^＊）に基づいて、電力変換部２のインバータにおいて、電力供給源５から供給される電力を所望の特性（電流指令ｉ^＊、電圧指令Ｖ^＊）を有する３相交流電力へ変換する。その３相交流電力により、交流電動機３では、所望の特性（角周波数指令ω^＊）を有する運転がなされる。

本発明により、交流電動機３のような可変周波数で運転される機器に対応する電力変換部２（インバータ）の制御において、インバータからの出力電流波形を補正し、その歪みを除去することが可能となる。

また、可変周波数で運転される機器に対応する電力変換部２（インバータ）の制御において、ゼロクロス点近傍のような出力電流の小さい領域においても正確に出力電流波形を補正することが可能となる。

更に、本発明では、可変周波数で運転される機器に対応する電力変換部２（インバータ）の制御において、外乱の影響を抑制しながら出力電流波形を補正することが可能となる。

なお、上記実施例では、図２に示すように、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄ＝ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄ、及び、ｑ軸電流制御誤差Δｉ_ｑ＝ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑについて、繰り返し補償部２４により、外乱の影響の除去及びゼロクロス点近傍での波形歪みの除去のための制御を行っている。しかし、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊、及び、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊そのものについて、外乱の影響の除去及びゼロクロス点近傍での波形歪みの除去のための制御を行うことも可能である。それを示したのが図３である。

図３は、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態における電流制御部９の他の構成を示すブロック図である。この構成では、比較点２３−１及び比較点２３−２の前に、繰り返し補償部２４が入っており、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊、及び、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊について、繰り返し補償等を行なう点が上述の実施例と異なる。
それ以外は、上述の実施例の通りなので、その説明を省略する。

図３の構成においても、上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。

（第２の実施の形態）
次に、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第２の実施の形態の構成について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。
インバータシステムは、インバータ制御装置１及び電力変換部２を備える。そして、電力変換部２は、電力供給源５から供給される電力を所望の特性を有する電力に変換し、交流電動機３へ供給する。その際、インバータ制御装置１は、交流電動機３に供給される電力の電流値（電流計８−１及び電流計８−２により計測）、交流電動機３の角周波数（位置・速度検出器４により計測）、補正量制御部１０の補正量テーブル１０−１及び角周波数指令（外部より入力）に基づいて、電力変換部２を制御する。

インバータ制御装置１は、マイクロプロセッサやディジタルシグナルプロセッサに例示される制御・情報処理機能を有する情報処理装置である。ワークステーションやパーソナルコンピュータ（入力／出力装置、表示装置を含む）でも構わない。交流電動機３の角周波数である検出角周波数と、角周波数の指示としての角周波数指令と、交流電動機３に供給される電力の電流値と、補正量テーブル１０−１とに基づいて、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電力変換部２を制御する。
インバータ制御装置１は、情報処理プログラムとしての比較部６、速度制御部７、出力電流検出部８、電流制御部９、補正量制御部１０及びＰＷＭ信号生成部１１を備える。

比較部６、速度制御部７、出力電流検出部８及びＰＷＭ信号生成部１１は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。

補正量制御部１０は、検出角周波数ωに基づいて、内部に有する補正量テーブル１０−１を用いて後述の電流制御部９における制御に用いる周期Ｌ’を制御信号Ｓとして電流制御部９へ出力する。
補正量テーブル１０−１は、角周波数４１とフィルタ時定数４２と補正量４３とを関連付けている。角周波数４１は、位置・速度検出器４で検出される交流電動機３の検出角周波数ωに対応する。フィルタ時定数４２は、低域通過フィルタ３２−１及び３２−２のフィルタ時定数Ｔに対応する。補正量４３は、実施例１の数式（５）により、検出角周波数ω（＝１／Ｌ）とフィルタ時定数Ｔとに基づいて予め計算された周期Ｌ’である。
すなわち、補正量制御部１０は、まず、交流電動機３の運転時に検出される検出角周波数ωを入力される。次に、補正量テーブル１０−１において、その検出角周波数ωと同じ値を示す角周波数４１の欄の、所定のフィルタ時定数４２の欄の、補正量４３の欄から周期Ｌ’を読み出す。そして、読み出した周期Ｌ’を制御信号Ｓとして電流制御部９へ出力する。なお、所定のフィルタ時定数４２は、低域通過フィルタ３２−１及び３２−２に対応して、予め補正量制御部１０へ入力されている。

電流制御部９は、検出角周波数ωと、電流指令ｉ^＊（ｄ軸電流指令ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ ^＊）と、検出電流Ｉ（検出電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ）とに基づいて、交流電動機３へ所望の特性を有する電力を供給するように、電圧指令Ｖ^＊（電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）を算出する。

図５は、電力制御部９の構成を示すブロック図である。
電力制御部９は、３相／２相変換部２１、比較部２３−１及び比較部２３−２、繰り返し補償部２４、電圧指令生成部２５−１及び電圧指令生成部２５−２、２相／３相変換部２７、デッドタイム補正部２８、加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３を備える。

３相／２相変換部２１、比較部２３−１及び比較部２３−２、電圧指令生成部２５−１及び電圧指令生成部２５−２、２相／３相変換部２７、デッドタイム補正部２８、加算部２９−１、加算部２９−２及び加算部２９−３は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。

繰り返し補償部２４は、ｄ軸電流制御誤差Δｉ_ｄと検出角周波数ωとに基づいて、繰り返し補償制御を行い、ｄ軸電流指令Δｉ_ｄ ^＊を算出し、電圧指令生成部２５−１へ出力する。また、ｑ軸電流制御誤差令Δｉ_ｑと検出角周波数ωとに基づいて、繰り返し補償制御を行い、ｑ軸電流指令Δｉ_ｑ ^＊を算出し、電圧指令生成部２５−２へ出力する。

繰り返し補償部２４について更に説明する。
繰り返し補償部２４は、ｄ軸電流指令用の加算部３１−１、低域通過フィルタ３２−１、むだ時間部３３−１及び加算部３４−１を備える。同様にｑ軸電流指令用の加算部３１−２、低域通過フィルタ３２−２、むだ時間部３３−２及び３４−２を備える。ｄ軸側とｑ軸側は、軸が異なる他は同様の動作であるため、ｄ軸側についてのみ説明する。

加算部３１−１、低域通過フィルタ３２−１及び加算部３４−１は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。

むだ時間部３３−１は、前掲の式（４）で表現されるむだ時間制御を行う。すなわち、入力された低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを、所定の期間（むだ時間Ｌ’）だけ記憶する。Ｌ’／Ｔｓ以下の整数個分の低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを格納している。それと共に、所定の時間（むだ時間Ｌ’）が経過した低域補償電流値δｉ_ｄＬＰＦを電流補償値指令δｉ_ｄ ^＊として加算部３４−１及び加算部３１−１へ出力する。所定の期間（むだ時間Ｌ’）は、前掲の式（５）で算出せず、補正量制御部１０から出力された制御信号Ｓの周期Ｌ’を用いる。

次に、本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第２の実施の形態の動作について説明する。
第２の実施の形態の動作は、繰り返し補償部２４のむだ時間部３３−１及び３３−２の周期Ｌ’が、補正量制御部１０により検出角周波数ωに基づいて補正量テーブル１０−１から選択され制御信号Ｓとして電流制御部９へ出力された値を用いる他は実施例１と同様である。よって、その説明を省略する。

本実施例により、実施例１と同様の効果を得ることが出来る。
加えて、むだ時間部３３−１及び３３−２において、既述の式（４）の計算を行わず、補正量テーブル１０−１から読み込んだ値を用いるので、インバータ制御装置１での計算の負担を低減することができる。

本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の電流制御部の構成を示すブロック図である。 本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の電流制御部の他の構成を示すブロック図である。 本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第２の実施の形態の電流制御部の構成を示すブロック図である。 本発明であるインバータ制御装置を適用したインバータシステムの第１の実施の形態の電流制御部の他の構成を示すブロック図である。 補正量テーブルを示す図である。 従来のインバータ制御装置による３相交流電流の出力波形を示すグラフである。 従来の繰返し補償器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ インバータ制御装置
２ 電力変換部
３ 交流電動機
４ 位置・速度検出器
５ 電力供給源
６ 比較部
７ 速度制御部
８ 出力電流検出部
８−１ 電流計
８−２ 電流計
９ 電流制御部
１０ 補正量制御部
１０−１ 補正量テーブル
１１ ＰＷＭ信号生成部
１２ 回転数検出器
２１ ３相／２相変換部
２３−１、２３−２ 比較部
２４ 繰り返し補償部
２５−１、２５−２ 電圧指令生成部
２７ ３相／２相変換部
２８ デッドタイム補正部
２９−１、２９−２、２９−３ 加算部
３１−１、３１−２ 加算部
３２−１、３２−２ 低域通過フィルタ
３３−２、３３−２ むだ時間部
３４−１、３４−２ 加算部
４１ 角周波数
４２ フィルタ時定数
４３ 補正量
４００ 繰返し補償器
４０１ 低域通過フィルタ
４０２ 無駄時間要素

Claims (8)

1. 可変速駆動される交流電動機に関する角周波数指令と、前記交流電動機の検出角周波数とに基づいて、前記交流電動機に供給される電力に関する第１電流指令を出力する速度制御部と、
   前記第１電流指令と、前記電力の電流値と、前記検出角周波数とに基づいて、繰り返し補償の制御の行われた前記電力に関する電圧指令を出力する電流制御部と、
   を具備する、
   インバータ制御装置。
2. 前記電流制御部は、
   前記第１電流指令と、前記電流値と、前記検出角周波数とに基づいて、前記第１電流指令に繰り返し補償の制御を行い第２電流指令を出力する繰り返し補償部と、
   前記第２電流指令と前記検出角周波数とに基づいて、前記電圧指令を出力する電圧生成部と、
   を具備する、
   請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記繰り返し補償部は、
   前記第１電流指令と前記電流値との差としての電流制御誤差と、１つ前の周期としての前周期での電流補償値指令とに基づいて、第１補償電流値を出力する第１加算部と、
   前記第１補償電流値の内の低域を通過させ、第２補償電流値として出力する低域通過フィルタ部と、
   前記第２補償電流値と前記検出角周波数と前記低域通過フィルタ部の位相特性とに基づいて、むだ時間制御された電流補償値指令を出力するむだ時間部と、
   前記第１電流指令と前記電流補償値指令とに基づいて、前記第２電流指令を出力する第２加算部と、
   を具備する、
   請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記むだ時間部は、前記むだ時間制御に用いるむだ時間を、前記検出角周波数と前記低域通過フィルタ部の位相特性とに基づいて算出する、
   請求項３に記載のインバータ制御装置。
5. 前記検出角周波数と前記低域通過フィルタ部の位相特性とに基づいて、前記むだ時間を出力する補正量制御部を更にを具備する、
   請求項３に記載のインバータ制御装置。
6. 前記補正量制御部は、前記検出角周波数と前記低域通過フィルタ部の位相特性と前記むだ時間とを関連付けて記憶した補正量テーブルを備え、
   前記補正量制御部は、前記補正量テーブルを用いて、前記むだ時間を抽出する、
   請求項５に記載のインバータ制御装置。
7. 前記低域通過フィルタ部の位相特性は、前記低域通過フィルタ部の時定数である、
   請求項６に記載のインバータ制御装置。
8. 可変速駆動される交流電動機の角周波数と角周波数指令と前記交流電動機に供給される電力の電流値とに基づいて、前記電力に関する電圧指令を出力する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインバータ制御装置と、
   前記電圧指令に基づいて、供給電力を、前記交流電動機を前記角周波数指令に従った前記可変速駆動可能な他の３相交流電力へ変換する電力変換部と、
   を具備する、
   インバータシステム。

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