JP2013034386A - インバータ制御装置および電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直流電圧検出部(201)からの直流電圧値を電圧補正部(202)に補償器やフィルタを介さずに直接入力する。したがって、瞬時停電、瞬時電圧低下、瞬時電圧低下からの復帰時などの電圧急変時においても電圧補正部(202)はこれに応答して高速に補正処理を行うことができる。また、制限部(212)によりリンク共振補償量を一定の範囲に制限しているため、電圧急変時にリンク共振補償量が過度に変動してしまうことを防げる。また、制限部(212)により一定の範囲に制限されたリンク共振補償量を、制御演算部(204〜208)内の適切な制御帯域の補償器(206)に入力するため、必要以上に高速に応答させずにすみ、安定に制御できる。
【選択図】図3
Description
Pin=VDCIDC
となる。
Pin=Pout=P(一定)…[ただしインバータ部(140)での損失を無視]
となり、入力電流はIDC=P/VDCとなる。
第1の実施形態によるインバータ装置の概略構成を図3に示す。このインバータ装置は、図1に示した構成要素に対して、変動成分検出部(211)→リミッタ(212)→リンク共振補償器(213)というループを追加したものである。
変動成分検出部(211)は、直流電圧検出部(201)の検出電圧の直流成分を除去し、共振周波数(f0)Hz[数5]を通過させるものである。前記変動成分検出部(211)は、例えば、遮断周波数を(f0)Hzよりも十分小さく設定した高域通過フィルタにより実現できる。
リミッタ(212)は、変動成分検出部(211)により検出した変動成分を所定値の範囲に制限するものである。制限する範囲は、リンク共振を抑制するのに必要な変動量が検出できるように設定する。また、制限する範囲はできるだけ小さくすることが望ましい。これにより、特に電圧急増時における制御への影響を減らすことができる。
補償器(213)は、リンク共振を抑制できるように設計する。補償器(213)は共振周波数(f0)Hzにおいて位相遅れが生じないように選定することが望ましく、例えばP制御(比例制御)により構成する。リンク共振は、1秒以内に収束すれば十分であり、補償器(213)のゲインが大きくなりすぎないように選定する。
・リアクトル(120):L=4.5mH
・コンデンサ(130):C=1000μF
・LCフィルタの共振周波数(f0):75Hz
・速度制御器(204)の制御帯域:10Hz
・電流制御器(206)の制御帯域:200Hz
・PWMキャリア周波数:5kHz
この構成で共振周波数(f0)=75Hzの成分を制御するためには、電流制御器(206)やPWM算出部(203)などの、制御帯域が75Hzよりも大きな演算部に対し、リンク共振補償量を入力すればよい。しかしながらPWM算出部(203)では制御帯域が広く、瞬時停電などの電圧異常時の高周波成分に対しても補償してしまうため、不安定となる可能性がある。ここでは、電流制御系が必要十分な制御帯域を有しているので、入力指令を補正する補償器として電流制御器(206)の補償器を選定し、電流指令値に対してリンク共振補償量を加算することで補正を行う。
第2の実施形態によるインバータ装置の概略構成を図6に示す。このインバータ装置では、図3のインバータ装置に対して、電圧異常検出部(215)と、電圧異常検出部(215)の検出結果に応じてリミッタ(212)の制限値を変更する処理を追加している。
110…コンバータ部
120…リアクトル
130…コンデンサ
140…インバータ部
150…モータ
160…出力電流検出部
200…ベクトル制御部
201…直流電圧検出部
202…電圧補正部
203…PWM算出部
204…速度制御器
205…電流ベクトル制御器
206…電流制御器
207…座標変換器
208…座標変換器
215…電圧異常検出部
500…脈動成分抽出部
Pin=VDCIDC
となる。
Pin=Pout=P(一定)…[ただしインバータ部(140)での損失を無視]
となり、入力電流はIDC=P/VDCとなる。
第1の実施形態によるインバータ装置の概略構成を図3に示す。このインバータ装置は、図1に示した構成要素に対して、変動成分検出部(211)→リミッタ(212)→リンク共振補償器(213)というループを追加したものである。
変動成分検出部(211)は、直流電圧検出部(201)の検出電圧の直流成分を除去し、共振周波数(f0)Hz[数5]を通過させるものである。前記変動成分検出部(211)は、例えば、遮断周波数を(f0)Hzよりも十分小さく設定した高域通過フィルタにより実現できる。
リミッタ(212)は、変動成分検出部(211)により検出した変動成分を所定値の範囲に制限するものである。制限する範囲は、リンク共振を抑制するのに必要な変動量が検出できるように設定する。また、制限する範囲はできるだけ小さくすることが望ましい。これにより、特に電圧急増時における制御への影響を減らすことができる。
補償器(213)は、リンク共振を抑制できるように設計する。補償器(213)は共振周波数(f0)Hzにおいて位相遅れが生じないように選定することが望ましく、例えばP制御(比例制御)により構成する。リンク共振は、1秒以内に収束すれば十分であり、補償器(213)のゲインが大きくなりすぎないように選定する。
・リアクトル(120):L=4.5mH
・コンデンサ(130):C=1000μF
・LCフィルタの共振周波数(f0):75Hz
・速度制御器(204)の制御帯域:10Hz
・電流制御器(206)の制御帯域:200Hz
・PWMキャリア周波数:5kHz
この構成で共振周波数(f0)=75Hzの成分を制御するためには、電流制御器(206)やPWM算出部(203)などの、制御帯域が75Hzよりも大きな演算部に対し、リンク共振補償量を入力すればよい。しかしながらPWM算出部(203)では制御帯域が広く、瞬時停電などの電圧異常時の高周波成分に対しても補償してしまうため、不安定となる可能性がある。ここでは、電流制御系が必要十分な制御帯域を有しているので、入力指令を補正する補償器として電流制御器(206)の補償器を選定し、電流指令値に対してリンク共振補償量を加算することで補正を行う。
第2の実施形態によるインバータ装置の概略構成を図6に示す。このインバータ装置では、図3のインバータ装置に対して、電圧異常検出部(215)と、電圧異常検出部(215)の検出結果に応じてリミッタ(212)の制限値を変更する処理を追加している。
110…コンバータ部
120…リアクトル
130…コンデンサ
140…インバータ部
150…モータ
160…出力電流検出部
200…ベクトル制御部
201…直流電圧検出部
202…電圧補正部
203…PWM算出部
204…速度制御器
205…電流ベクトル制御器
206…電流制御器
207…座標変換器
208…座標変換器
215…電圧異常検出部
500…脈動成分抽出部
Claims (25)
- リアクトル(120)とコンデンサ(130)からなるLCフィルタを介して供給される直流電力を任意の周波数、任意の電圧値の交流電力に変換して交流電動機(150)に供給するインバータ(140)を制御する装置であって、
前記インバータ(140)に供給される直流電圧変動の所定周波数帯域において、直流電圧の増加時に前記インバータ(140)からモータに供給されるインバータ出力電圧を増加し、直流電圧の減少時に前記インバータ出力電圧を減少させると共に、直流電圧の前記所定周波数帯域以外においては、直流電圧の変動によるインバータ出力電圧の変動を抑制する
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項1において、
前記直流電圧変動の所定周波数帯域は、少なくとも前記LCフィルタの共振周波数を含む
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項2において、
前記直流電圧変動の所定周波数帯域は、交流電動機(150)に供給する電流が指令値に追従するように制御するフィードバック制御の周波数帯域以下である
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項2または3において、
所定周波数帯域は、交流電源(100)による電圧脈動の周波数未満に設定されいる
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧の所定周波数帯域成分の変動量の大きさに応じて、変動量が大きいほど直流電圧の増加量に対する前記インバータ(140)からモータに供給されるインバータ出力電圧を増加する割合を小さくすると共に、直流電圧の減少量に対する前記インバータ出力電圧を減少させる割合を小さくした
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - リアクトル(120)とコンデンサ(130)からなるLCフィルタを介して供給される直流電力を任意の周波数、任意の電圧値の交流電力に変換して交流電動機(150)に供給するインバータ(140)を制御する装置であって、
出力電圧指令を算出する制御演算部(204〜208)と、
前記インバータ(140)に供給される直流電力の電圧を検出する直流電圧検出部(201)からの直流電圧値が直接入力され、当該直流電圧値に基づいて前記制御演算部(204〜208)からの出力電圧指令を補正する出力電圧補正部(202)と、
前記インバータ(140)をPWM制御するための制御信号を前記出力電圧補正部(202)からの出力電圧指令に基づいて算出するPWM算出部(203)と、
前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の変動成分(当該変動成分は少なくとも直流成分を含まずかつ前記LCフィルタの共振周波数(f0)成分を含む)を検出する変動成分検出部(211)と、
前記変動成分検出部(211)により検出された変動成分に基づいて、前記LCフィルタによるリンク共振を抑制するための補償量(リンク共振補償量)を算出するリンク共振補償部(213)と、
前記リンク共振補償量を所定範囲に制限する制限部(212)と、
前記制御演算部内の補償器(204〜208)のうち前記LCフィルタの共振周波数(f0)を制御可能な制御帯域を有するいずれかの補償器(206)への入力指令を、前記制限部(212)により制限されたリンク共振補償量により補正する補正部(214)とを備えている
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6において、
前記制御演算部内のいずれかの補償器への入力指令はトルク指令または電流指令である
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6または7において、
前記制限部(212)の制限値は、前記リンク共振補償量による補正がない場合における前記LCフィルタによる共振成分の振幅に比べて小さい値に設定されている
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6〜8のいずれか1つにおいて、
前記インバータ(140)に供給される直流電力は、交流電源(100)からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ(110)により供給されるものであり、
前記変動成分検出部(211)は、前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の前記交流電源(100)による脈動成分を検出する電圧脈動検出部(500)を備え、前記電圧脈動検出部(500)により検出された脈動成分を前記変動成分から除去する
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6〜9のいずれか1つにおいて、
前記インバータ(140)に供給される直流電力は、交流電源(100)からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ(110)により供給されるものであり、
前記LCフィルタは、その共振周波数(f0)が、前記インバータ(140)に供給される直流電力の電圧の前記交流電源(100)による脈動成分の整数倍およびそれらの近傍の周波数以外になるようにリアクトル(120)およびコンデンサ(130)が選定されている
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6〜10のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の電圧異常を検出する電圧異常検出部(215)をさらに備え、
前記制限部(212)は、前記電圧異常検出部(215)の検出結果に応じて前記制限範囲を調整する
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 請求項6〜10のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の電圧異常を検出する電圧異常検出部(215)をさらに備え、
前記リンク共振補償部(213)は、前記電圧異常検出部(215)の検出結果に応じて前記リンク共振補償量を調整する
ことを特徴とするインバータ制御装置。 - 交流電源(100)からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部(110)と、
リアクトル(120)とコンデンサ(130)からなるLCフィルタと、
前記コンバータ部(110)からの直流電力が前記LCフィルタを介して供給され、当該直流電力を任意の周波数、任意の電圧値の交流電力に変換して交流電動機(150)に供給するインバータ部(140)と、
前記インバータ部(140)を制御するインバータ制御部(200)と
を有する電力変換装置であって、
前記インバータ制御部(200)は、前記インバータ(140)に供給される直流電圧変動の所定周波数帯域において、直流電圧の増加時に前記インバータ(140)からモータに供給されるインバータ出力電圧を増加し、直流電圧の減少時に前記インバータ出力電圧を減少させると共に、直流電圧の前記所定周波数帯域以外においては、直流電圧の変動によるインバータ出力電圧の変動を抑制する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項13において、
前記直流電圧変動の所定周波数帯域は、少なくとも前記LCフィルタの共振周波数を含む
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項14において、
前記直流電圧変動の所定周波数帯域は、交流電動機(150)に供給する電流が指令値に追従するように制御するフィードバック制御の周波数帯域以下である
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項14まはた15において、
所定周波数帯域は、交流電源(100)による電圧脈動の周波数未満に設定されいる
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項13〜16のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧の所定周波数帯域成分の変動量の大きさに応じて、変動量が大きいほど直流電圧の増加量に対する前記インバータ(140)からモータに供給されるインバータ出力電圧を増加する割合を小さくすると共に、直流電圧の減少量に対する前記インバータ出力電圧を減少させる割合を小さくした
ことを特徴とする電力変換装置。 - 交流電源(100)からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部(110)と、
リアクトル(120)とコンデンサ(130)からなるLCフィルタと、
前記コンバータ部(110)からの直流電力が前記LCフィルタを介して供給され、当該直流電力を任意の周波数、任意の電圧値の交流電力に変換して交流電動機(150)に供給するインバータ部(140)と、
前記インバータ部(140)を制御するインバータ制御部(200)と
を有する電力変換装置であって、
前記インバータ制御部(200)は、
前記インバータ部(140)に供給される直流電力の電圧を検出する直流電圧検出部(201)と、
出力電圧指令を算出する制御演算部(204〜208)と、
前記直流電圧検出部(201)によって検出された直流電圧値が直接入力され、当該直流電圧値に基づいて前記制御演算部(204〜208)からの出力電圧指令を補正する出力電圧補正部(202)と、
前記インバータ部(140)をPWM制御するための制御信号を前記出力電圧補正部(202)からの出力電圧指令に基づいて算出するPWM算出部(203)と、
前記直流電圧検出部(201)によって検出された直流電圧の変動成分(当該変動成分は少なくとも直流成分を含まずかつ前記LCフィルタの共振周波数(f0)成分を含む)を検出する変動成分検出部(211)と、
前記変動成分検出部(211)により検出された変動成分に基づいて、前記LCフィルタによるリンク共振を抑制するための補償量(リンク共振補償量)を算出するリンク共振補償部(213)と、
前記リンク共振補償量を所定範囲に制限する制限部(212)と、
前記制御演算部内の補償器(204〜208)のうち前記LCフィルタの共振周波数(f0)を制御可能な制御帯域を有するいずれかの補償器(206)への入力指令を、前記制限部(212)により制限されたリンク共振補償量により補正する補正部(214)とを備えている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18において、
前記制御演算部内のいずれかの補償器への入力指令はトルク指令または電流指令である
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18または19において、
前記制限部(212)の制限値は、前記リンク共振補償量による補正がない場合における前記LCフィルタによる共振成分の振幅に比べて小さい値に設定されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18〜20のいずれか1つにおいて、
前記変動成分検出部(211)は、前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の前記交流電源(100)による脈動成分を検出する電圧脈動検出部(500)を備え、前記電圧脈動検出部(500)により検出された脈動成分を前記変動成分から除去する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18〜21のいずれか1つにおいて、
前記LCフィルタは、その共振周波数(f0)が、前記インバータ部(140)に供給される直流電力の電圧の前記交流電源(100)による脈動成分の整数倍およびそれらの近傍の周波数以外になるようにリアクトル(120)およびコンデンサ(130)が選定されている
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18〜22のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の電圧異常を検出する電圧異常検出部(215)をさらに備え、
前記制限部(212)は、前記電圧異常検出部(215)の検出結果に応じて前記制限範囲を調整する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18〜22のいずれか1つにおいて、
前記直流電圧検出部(201)により検出される直流電圧の電圧異常を検出する電圧異常検出部(215)をさらに備え、
前記リンク共振補償部(213)は、前記電圧異常検出部(215)の検出結果に応じて前記リンク共振補償量を調整する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項18〜24のいずれか1つに記載の電力変換装置を備えている
ことを特徴とする空気調和機。
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