JP2018078697A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御の複雑化を招くことなく、複数のインバータから電源に大きな高調波電流が流れることを抑制する。【解決手段】本発明に係る電力変換装置１は、トルク指令Ｔ＊および磁束指令φ＊に基づき、励磁電流指令Ｉｄ＊およびトルク分電流指令Ｉｑ＊を生成する電流指令生成部１１と、励磁電流指令Ｉｄ＊およびトルク分電流指令Ｉｑ＊に基づき、複数のインバータ５ａ，５ｂそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を生成する電流指令補正部１００と、対応するインバータ５ａ，５ｂに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、対応するインバータ５ａ，５ｂのスイッチング素子を制御するゲート信号を生成する信号生成部１０１ａ，１０１ｂとを備え、電流指令補正部１００は、複数のインバータ５ａ，５ｂそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を異ならせる。【選択図】図１

Description

本発明は、並列に接続された複数のインバータにより、直流電力を交流に変換して負荷に供給する電力変換装置に関する。

ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される複数のインバータを並列に接続し、電源から出力された直流電力を各インバータで交流に変換して負荷に供給する電力変換装置がある。

図３は、従来の電力変換装置１Ａの構成例を示す図である。

図３に示す電力変換装置１Ａは、電源２と、リアクトル３ａ，３ｂと、コンデンサ４ａ，４ｂと、インバータ５ａ，５ｂと、電流センサ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂと、回転数センサ８ａ，８ｂと、制御部１０Ａと、誘導機２０ａ，２０ｂとを備える。

リアクトル３ａは、一端が直流電源である電源２の正極側に接続され、他端がインバータ５ａに接続される。リアクトル３ｂは、一端が電源２の正極側に接続され、他端がインバータ５ｂに接続される。コンデンサ４ａは、一端がリアクトル３ａの他端に接続され、他端が電源２の負極側に接続される。コンデンサ４ｂは、一端がリアクトル３ｂの他端に接続され、他端が電源２の負極側に接続される。

リアクトル３ａおよびコンデンサ４ａは、フィルタとして機能し、電源２から出力された直流電力を平滑化して、インバータ５ａに出力する。リアクトル３ｂおよびコンデンサ４ｂは、フィルタとして機能し、電源２から出力された直流電力を平滑化して、インバータ５ｂに出力する。

インバータ５ａは、電源２から出力された直流電力を交流電力（３相交流電力）に変換して、負荷である誘導機２０ａに供給する。インバータ５ｂは、電源２から出力された直流電力を交流電力（３相交流電力）に変換して、負荷である誘導機２０ｂに供給する。

インバータ５ａ，５ｂはそれぞれ、図示は省略するが、直列に接続され、Ｕ相アームを構成する２つのスイッチング素子と、直列に接続され、Ｖ相アームを構成する２つのスイッチング素子と、直列に接続され、Ｗ相アームを構成する２つのスイッチング素子とを備える。Ｕ相アームを構成する２つのスイッチング素子の直列体、Ｖ相アームを構成する２つのスイッチング素子の直列体およびＷ相アームを構成する２つのスイッチング素子の直列体はそれぞれ、コンデンサ４ａに並列に接続される。また、Ｕ相アームを構成する２つのスイッチング素子の接続点、Ｖ相アームを構成する２つのスイッチング素子の接続点およびＷ相アームを構成する２つのスイッチング素子の接続点はそれぞれ、誘導機２０ａに接続される。各相のアームを構成する６つのスイッチング素子のオン・オフを制御することで、３相交流電力を誘導機２０ａに出力することができる。

電流センサ６ａ，７ａは、インバータ５ａが誘導機２０ａに出力する３相出力電流Ｉｕ１，Iｗ１を検出し、検出結果を制御部１０Ａに出力する。電流センサ６ｂ，７ｂは、インバータ５ｂが誘導機２０ｂに出力する３相出力電流Ｉｕ２，Iｗ２を検出し、検出結果を制御部１０Ａに出力する。

回転数センサ８ａは、誘導電動機２０ａの回転数を検出し、検出した回転数からモータ周波数ωｍ１を求めて、制御部１０Ａに出力する。回転数センサ８ｂは、誘導電動機２０ｂの回転数を検出し、検出した回転数からモータ周波数ωｍ２を求めて、制御部１０Ａに出力する。

制御部１０Ａは、電流センサ６ａ，７ａから入力された３相出力電流Ｉｕ１，Iｗ１および回転数センサ８ａから入力されたモータ周波数ωｍ１などに基づき、インバータ５ａを構成する各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１を生成し、各スイッチング素子に出力する。また、制御部１０Ａは、電流センサ６ｂ，７ｂから入力された３相出力電流Ｉｕ２，Iｗ２および回転数センサ８ｂから入力されたモータ周波数ωｍ２などに基づき、インバータ５ｂを構成する各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２を生成し、各スイッチング素子に出力する。

次に、制御部１０Ａの構成について、図４を参照して説明する。

図４に示す制御部１０Ａは、電流指令生成部１１と、すべり周波数演算部１２ａ，１２ｂと、加算器１３ａ，１３ｂと、積分器１４ａ，１４ｂと、３相−ｄｑ座標変換部１５ａ，１５ｂと、電流制御部１６ａ，１６ｂと、ｄｑ座標−３相変換部１７ａ，１７ｂと、キャリア信号生成器１８ａ，１８ｂと、ゲート信号生成部１９ａ，１９ｂとを備える。

すべり周波数演算部１２ａ、加算器１３ａ、積分器１４ａ、３相−ｄｑ座標変換部１５ａ、電流制御部１６ａ、ｄｑ座標−３相変換部１７ａ、キャリア信号生成器１８ａおよびゲート信号生成部１９ａは、インバータ５ａに対応して設けられている。また、すべり周波数演算部１２ｂ、加算器１３ｂ、積分器１４ｂ、３相−ｄｑ座標変換部１５ｂ、電流制御部１６ｂ、ｄｑ座標−３相変換部１７ｂ、キャリア信号生成器１８ｂおよびゲート信号生成部１９ｂは、インバータ５ｂに対応して設けられている。

電流指令生成部１１は、外部から入力されたトルク指令Ｔ^＊と磁束指令φ^＊とに基づき、励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊を生成し、生成した励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊を、すべり周波数演算部１２ａ，１２ｂと電流制御部１６ａ，１６ｂとに出力する。

以下では、インバータ５ａに対応する各構成について説明する。

すべり周波数演算部１２ａは、電流指令生成部１１から入力された励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊に基づき、すべり周波数指令ωｓ１を演算し、加算器１３ａに出力する。

加算器１３ａは、回転数センサ８ａから入力されたモータ周波数ωｍ１と、すべり周波数演算部１２ａから入力されたすべり周波数指令ωｓ１とを加算してインバータ周波数ωｉ１を生成し、積分器１４ａに出力する。

積分器１４ａは、加算器１３ａから入力されたインバータ周波数ωｉ１を積分して位相θ１を求め、求めた位相θ１を３相−ｄｑ座標変換部１５ａおよびｄｑ座標−３相変換部１７ａに出力する。

３相−ｄｑ座標変換部１５ａは、積分器１４ａから入力された位相θ１に基づき、電流センサ６ａ，７ａから入力された３相出力電流Ｉｕ１，Iｗ１をｄｑ座標系の電流である励磁電流Ｉｄ１およびトルク分電流Ｉｑ１に変換し、電流制御部１６ａに出力する。

電流制御部１６ａは、３相−ｄｑ座標変換部１５ａから入力された励磁電流Ｉｄ１およびトルク分電流Ｉｑ１がそれぞれ、電流指令生成部１１から入力された励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊と一致するように、ｄｑ座標系の電圧指令であるｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｄｑ１^＊を生成する。なお、電流制御部１６ａは、例えば、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御に基づき、ｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ１^＊を生成する。電流制御部１６ａは、生成したｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ１^＊をｄｑ座標−３相変換部１７ａに出力する。

ｄｑ座標−３相変換部１７ａは、積分器１４ａから入力された位相θ１に基づき、電流制御部１６ａから入力されたｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ１^＊を３相座標系の電圧指令である３相電圧指令Ｖｕ１^＊，Ｖｖ１^＊，Ｖｗ１^＊に変換し、ゲート信号生成部１９ａに出力する。

キャリア信号生成器１８ａは、インバータ５ａで使用されるスイッチング素子のスイッチング周波数を決定するキャリア周波数およびその位相が入力され、入力されたキャリア周波数および位相に基づき、キャリア信号ＣＳ１を生成し、ゲート信号生成部１９ａに出力する。

ゲート信号生成部１９ａは、ｄｑ座標−３相変換部１７ａから入力された３相電圧指令Ｖｕ１^＊，Ｖｖ１^＊，Ｖｗ１^＊と、キャリア信号生成器１８ａから入力されたキャリア信号ＣＳ１とに基づき、インバータ５ａの各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１を生成し、各スイッチング素子に出力する。

次に、インバータ５ｂに対応する各構成について説明する。

すべり周波数演算部１２ｂは、電流指令生成部１１から入力された励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊に基づき、すべり周波数指令ωｓ２を演算し、加算器１３ｂに出力する。

加算器１３ｂは、回転数センサ８ｂから入力されたモータ周波数ωｍ２と、すべり周波数演算部１２ｂから入力されたすべり周波数指令ωｓ２とを加算してインバータ周波数ωｉ２を生成し、積分器１４ｂに出力する。

積分器１４ｂは、加算器１３ｂから入力されたインバータ周波数ωｉ２を積分して位相θ２を求め、求めた位相θ２を３相−ｄｑ座標変換部１５ｂおよびｄｑ座標−３相変換部１７ｂに出力する。

３相−ｄｑ座標変換部１５ｂは、積分器１４ｂから入力された位相θ２に基づき、電流センサ６ｂ，７ｂから入力された３相出力電流Ｉｕ２，Iｗ２をｄｑ座標系の電流である励磁電流Ｉｄ２およびトルク分電流Ｉｑ２に変換し、電流制御部１６ｂに出力する。

電流制御部１６ｂは、３相−ｄｑ座標変換部１５ｂから入力された励磁電流Ｉｄ２およびトルク分電流Ｉｑ２がそれぞれ、電流指令生成部１１から入力された励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊と一致するように、ｄｑ座標系の電圧指令であるｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｄｑ２^＊を生成する。なお、電流制御部１６ｂは、例えば、ＰＩ制御に基づき、ｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ２^＊を生成する。電流制御部１６ｂは、生成したｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ２^＊をｄｑ座標−３相変換部１７ｂに出力する。

ｄｑ座標−３相変換部１７ｂは、積分器１４ｂから入力された位相θ２に基づき、電流制御部１６ｂから入力されたｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ２^＊を３相座標系の電圧指令である３相電圧指令Ｖｕ２^＊，Ｖｖ２^＊，Ｖｗ２^＊に変換し、ゲート信号生成部１９ｂに出力する。

キャリア信号生成器１８ｂは、インバータ５ｂで使用されるスイッチング素子のスイッチング周波数を決定するキャリア周波数およびその位相が入力され、入力されたキャリア周波数および位相に基づき、キャリア信号ＣＳ２を生成し、ゲート信号生成部１９ｂに出力する。

ゲート信号生成部１９ｂは、ｄｑ座標−３相変換部１７ｂから入力された３相電圧指令Ｖｕ２^＊，Ｖｖ２^＊，Ｖｗ２^＊と、キャリア信号生成器１８ｂから入力されたキャリア信号ＣＳ２とに基づき、インバータ５ｂの各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２を生成し、各スイッチング素子に出力する。

電力変換装置１Ａにおいて、キャリア信号生成器１８ａ，１８ｂに入力されるキャリア周波数および位相が固定の場合、キャリア信号ＣＳ１，ＣＳ２は固定となるため、電源２側には、直流成分の他に、キャリア周波数に起因する周波数成分の電流（高調波）が多く流れる。非特許文献１によれば、電源２には、キャリア周波数を偶数倍した高調波と、キャリア周波数の奇数倍にインバータ周波数の３の奇数倍を加減した側帯高調波と、キャリア周波数の偶数倍にインバータ周波数の３の偶数倍を加減した側帯高調波とが発生する。これらの高調波が電源２に流れることで、障害が発生することがある。

そこで、特許文献１には、キャリア信号を生成するためのキャリア周波数を時間的に変化させる技術が開示されている。キャリア周波数を時間的に変化させることで、特定の周波数成分の大きな高調波電流が流れることを防ぐことができる。

また、非特許文献２には、複数のインバータそれぞれに対応するキャリア信号に位相差を設ける方法が開示されている。キャリア信号に位相差を設けることで、各インバータから出力される高調波電流を打ち消し合い、低減することができる。

特許第１８４６０９４号

電気学会論文誌Ｄ（産業応答部門）Vol.126(2006) No.7 P1049-1057 電気学会論文誌Ｄ（産業応答部門）Vol.131(2011) No.6 P811-819

特許文献１に開示されている技術のように、時間的にキャリア周波数を変化させる場合、制御のサンプリング周期などが変わり、キャリア周波数を固定値とする場合と比べて、制御が複雑となる。

また、非特許文献２に開示されている技術のように、複数のインバータ間でキャリア信号の位相差を正確に設定することは困難である。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、制御の複雑化を招くことなく、複数のインバータから電源に大きな高調波電流が流れることを抑制することができる電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子からなり、並列に接続された複数のインバータにより電源から出力された直流電力を交流に変換する電力変換装置であって、トルク指令および磁束指令に基づき、励磁電流指令およびトルク分電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令生成部により生成された励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を生成する電流指令補正部と、前記複数のインバータそれぞれに対応して設けられ、前記電流指令補正部により生成された、前記対応するインバータに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、前記対応するインバータのスイッチング素子を制御するゲート信号を生成する信号生成部と、を備え、前記電流指令補正部は、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を異ならせる。

また、本発明に係る電力変換装置において、前記信号生成部はそれぞれ、前記対応するインバータに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、すべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、前記すべり周波数演算部により演算されたすべり周波数と、前記対応するインバータが駆動するモータのモータ周波数とを加算して前記対応するインバータのインバータ周波数を生成する加算器と、前記加算器により生成されたインバータ周波数を積分して位相を求める積分器と、前記積分器により求められた位相に基づき、前記対応するインバータの３相出力電流をｄｑ座標系に変換した励磁電流およびトルク分電流を生成する第１の変換部と、前記電流指令補正部により生成された励磁電流指令およびトルク分電流指令と、前記第１の変換部により生成された励磁電流およびトルク分電流とに基づき、前記対応するインバータのｄｑ座標系の電圧指令であるｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記積分器により求められた位相に基づき、前記電流制御部により生成されたｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相座標系の電圧指令に変換した３相電圧指令を生成する第２の変換部と、前記第２の変換部により生成された３相電圧指令に基づき、前記対応するインバータのスイッチング素子を制御するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることが望ましい。

また、本発明に係る電力変換装置において、前記電流指令補正部は、前記インバータの動作に応じて、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を入れ換えることが望ましい。

また、本発明に係る電力変換装置において、前記電流指令補正部は、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を時間的に変化させることが望ましい。

本発明に係る電力変換装置によれば、制御の複雑化を招くことなく、複数のインバータから電源に大きな高調波電流が流れることを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。 図１に示す制御部の構成例を示す図である。 従来の電力変換装置の構成例を示す図である。 図３に示す制御部の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。本実施形態に係る電力変換装置１は、電源２に並列に接続された複数のインバータ５ａ，５ｂにより、電源２から出力された直流電力を交流に変換し、インバータ５ａ，５ｂに接続された誘導機２０ａ，２０ｂ（モータ）を駆動するものである。なお、図１において、図３と同一または対応する構成には同じ符号を付し、説明を省略することがある。

図１に示す電力変換装置１は、図３に示す電力変換装置１と比較して、制御部１０Ａを制御部１０に変更した点が異なる。

制御部１０は、電流センサ６ａ，７ａにより検出された３相出力電流Ｉｕ１，Iｗ１および回転数センサ８ａにより検出されたモータ周波数ωｍ１などに基づき、インバータ５ａを構成する各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１を生成し、各スイッチング素子に出力する。また、制御部１０は、電流センサ６ｂ，７ｂにより検出された３相出力電流Ｉｕ２，Iｗ２および回転数センサ８ｂにより検出されたモータ周波数ωｍ２などに基づき、インバータ５ｂを構成する各スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２を生成し、各スイッチング素子に出力する。

なお、図１においては、電力変換装置１は、２つのインバータ５ａ，５ｂを備える例を示しているが、これに限られるものではなく、インバータ５の数が３以上であってもよい。

次に、制御部１０の構成について説明する。

図２は、制御部１０の構成例を示す図である。なお、図２において、図４と同一または対応する構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図２に示す制御部１０は、図４に示す制御部１０Ａと比較して、電流指令補正部１００を追加した点が異なる。すなわち、本実施形態に係る制御部１０は、電流指令生成部１１と、電流指令補正部１００と、すべり周波数演算部１２ａ，１２ｂと、加算器１３ａ，１３ｂと、積分器１４ａ，１４ｂと、３相−ｄｑ座標変換部（第１の変換部）１５ａ，１５ｂと、電流制御部１６ａ，１６ｂと、ｄｑ座標−３相変換部（第２の変換部）１７ａ，１７ｂと、キャリア信号生成器１８ａ，１８ｂと、ゲート信号生成部１９ａ，１９ｂとを備える。

すべり周波数演算部１２ａ、加算器１３ａ、積分器１４ａ、３相−ｄｑ座標変換部１５ａ、電流制御部１６ａ、ｄｑ座標−３相変換部１７ａ、キャリア信号生成器１８ａおよびゲート信号生成部１９ａは、インバータ５ａに対応して設けられ、信号生成部１０１ａを構成する。また、すべり周波数演算部１２ｂ、加算器１３ｂ、積分器１４ｂ、３相−ｄｑ座標変換部１５ｂ、電流制御部１６ｂ、ｄｑ座標−３相変換部１７ｂ、キャリア信号生成器１８ｂおよびゲート信号生成部１９ｂは、インバータ５ｂに対応して設けられ、信号生成部１０１ｂを構成する。

電流指令補正部１００は、電流指令生成部１１から入力された励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊に基づき、以下の式（１）〜（５）に従い、インバータ５ａに対応する電流指令として１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊を生成し、また、インバータ５ｂに対応する電流指令として２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊を生成する。

式（１）〜（５）において、Ｋ１，Ｋ２は定数である。式（１）〜（５）から分かるように、電流指令補正部１００は、インバータ５ａに対する電流指令（１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）と、インバータ５ｂに対する電流指令（２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊）とを異ならせる。

電流指令補正部１００は、生成したインバータ５ａに対する電流指令（１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）をすべり周波数演算部１２ａおよび電流制御部１６ａに出力する。また、電流指令補正部１００は、生成したインバータ５ｂに対する電流指令（２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊）をすべり周波数演算部１２ｂおよび電流制御部１６ｂに出力する。

すべり周波数演算部１２ａは、電流指令補正部１００から入力された１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊に基づき、以下の式（６）に従い、すべり周波数指令ωｓ１を演算する。すべり周波数演算部１２ｂは、電流指令補正部１００から入力された２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊に基づき、以下の式（７）に従い、すべり周波数指令ωｓ２を演算する。

式（６），（７）において、Ｒｒは回転子巻線抵抗であり、Ｌｒは回転子漏れインダクタンスであり、Ｌｍは相互インダクタンスである。式（６），（７）を元の電流指令である励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊を用いて表すと、以下の式（８），（９）となる。

式（８），（９）から明らかなように、本実施形態においては、すべり周波数演算部１２ａにより演算されるすべり周波数指令ωｓ１と、すべり周波数演算部１２ｂにより演算されるすべり周波数指令ωｓ２とが異なる。

以下は、図４に示す制御部１０Ａと同じように、インバータ５ａを構成するスイッチング素子に対するゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１と、インバータ５ｂを構成するスイッチング素子に対応するゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２とが生成される。

具体的には、加算器１３ａは、すべり周波数指令ωｓ１とモータ周波数ωｍ１とを加算して、インバータ周波数ωｉ１を生成する。積分器１４ａは、インバータ周波数ωｉ１を積分して位相θ１を求める。３相−ｄｑ座標変換部１５ａは、３相座標系の３相出力電流Ｉｕ１，Iｗ１を、ｄｑ座標系の励磁電流Ｉｄ１およびトルク分電流Ｉｑ１に変換する。電流制御部１６ａは、励磁電流Ｉｄ１、トルク分電流Ｉｑ１、１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊、および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊に基づき、ｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ１^＊を生成する。ｄｑ座標−３相変換部１７ａは、ｄｑ座標系のｄ軸電圧指令Ｖｄ１^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ１^＊を、３相座標系の３相電圧指令Ｖｕ１^＊，Ｖｖ１^＊，Ｖｗ１^＊に変換する。キャリア信号生成器１８ａは、所定のキャリア周波数のキャリア信号ＣＳ１を生成する。ゲート信号生成部１９ａは、３相電圧指令Ｖｕ１^＊，Ｖｖ１^＊，Ｖｗ１^＊と、キャリア信号ＣＳ１とに基づき、ゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１を生成する。

すなわち、インバータ５ａに対応して設けられた信号生成部１０１ａは、電流指令補正部１００によりインバータ５ａに対して生成された１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令１ｑ１^＊に基づき、インバータ５ａのスイッチング素子のゲート信号Ｇｕｐ１，Ｇｕｎ１，Ｇｖｐ１，Ｇｖｎ１，Ｇｗｐ１，Ｇｗｎ１を生成する。

また、加算器１３ｂは、すべり周波数指令ωｓ２とモータ周波数ωｍ２とを加算して、インバータ周波数ωｉ２を生成する。積分器１４ｂは、インバータ周波数ωｉ２を積分して位相θ２を求める。３相−ｄｑ座標変換部１５ｂは、３相座標系の３相出力電流Ｉｕ２，Iｗ２を、ｄｑ座標系の励磁電流Ｉｄ２およびトルク分電流Ｉｑ２に変換する。電流制御部１６ｂは、励磁電流Ｉｄ２、トルク分電流Ｉｑ２、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊、および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊に基づき、ｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ２^＊を生成する。ｄｑ座標−３相変換部１７ｂは、ｄｑ座標系のｄ軸電圧指令Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ２^＊を、３相座標系の３相電圧指令Ｖｕ２^＊，Ｖｖ２^＊，Ｖｗ２^＊に変換する。キャリア信号生成器１８ｂは、キャリア信号生成器１８ｂは、キャリア信号生成器１８と同じキャリア周波数のキャリア信号ＣＳ２を生成する。ゲート信号生成部１９ｂは、３相電圧指令Ｖｕ２^＊，Ｖｖ２^＊，Ｖｗ２^＊と、キャリア信号ＣＳ２とに基づき、ゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２を生成する。

すなわち、インバータ５ｂに対応して設けられた信号生成部１０１ｂは、電流指令補正部１００によりインバータ５ｂに対して生成された２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令１ｑ２^＊に基づき、インバータ５ｂのスイッチング素子のゲート信号Ｇｕｐ２，Ｇｕｎ２，Ｇｖｐ２，Ｇｖｎ２，Ｇｗｐ２，Ｇｗｎ２を生成する。

上述したように、電源２には、キャリア周波数を偶数倍した高調波と、キャリア周波数の奇数倍にインバータ周波数の３の奇数倍を加減した側帯高調波と、キャリア周波数の偶数倍にインバータ周波数の３の偶数倍を加減した側帯高調波とが発生する。また、上述したように、本実施形態においては、すべり周波数演算部１２ａにより演算されるすべり周波数指令ωｓ１と、すべり周波数演算部１２ｂにより演算されるすべり周波数指令ωｓ２とが異なる。そのため、モータ周波数ωｍ１とモータ周波数ωｍ２とが同じであるとすると、インバータ周波数ωｉ１とインバータ周波数ωｉ２とが異なる。

したがって、インバータ５ａとインバータ５ｂとでキャリア周波数の奇数倍にインバータ周波数の３の奇数倍を加減した側帯高調波およびキャリア周波数の偶数倍にインバータ周波数の３の偶数倍を加減した側帯高調波の周波数が異なる。そのため、特定の周波数の大きな高調波電流が電源２に流れることを防ぐことができる。

このように、本実施形態においては、電力変換装置１は、トルク指令Ｔ^＊および磁束指令φ^＊に基づき、励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊を生成する電流指令生成部１１と、励磁電流指令Ｉｄ^＊およびトルク分電流指令Ｉｑ^＊に基づき、複数のインバータ５それぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令（１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊、１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊、２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊）を生成する電流指令補正部１００と、複数のインバータ５それぞれに対応して設けられ、対応するインバータ５に対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、対応するインバータ５のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｇｕｐ、Ｇｕｎ，Ｇｖｐ，Ｇｖｎ，Ｇｗｐ，Ｇｗｎを生成する信号生成部１０１と、を備える。そして、電流指令補正部１００は、複数のインバータ５それぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を異ならせる。

複数のインバータ５それぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を異ならせることで、各インバータ５のインバータ周波数が異なることとなる。そのため、各インバータ５から発生する側帯高調波の周波数が異なるので、特定の周波数の大きな高調波電流が電源２に流れることを抑制することができる。また、複数のインバータ５それぞれに対するキャリア信号の周波数は同じであるので、サンプリング周期などを変える必要がなく、複数のインバータ間でキャリア信号に位相差を設定する必要もないので、制御の複雑化を招くこともない。

（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊の生成に用いる定数（Ｋ１）と、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊の生成に用いる定数（Ｋ２）とは固定であった。この場合、誘導機２０ａに流れる実効値電流Ｉｒｍｓ１および誘導機２０ｂに流れる実効値電流Ｉｒｍｓ２はそれぞれ、以下の式（１０），（１１）に従い求められる。

式（１０），（１１）から明らかなように、誘導機２０ａの実効値電流Ｉｒｍｓ１と誘導機２０ｂの実効値電流Ｉｒｍｓ２とが異なる。そのため、誘導機２０ａと誘導機２０ｂとが熱的に不均一になることがある。

そこで、本実施形態においては、電流指令補正部１００は、誘導機２０ａ，２０ｂの動作に応じて、１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊の生成に用いる定数と、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊の生成に用いる定数とを入れ換える。

例えば、電流指令補正部１００は、例えば、誘導機２０ａ，２０ｂの力行動作と回生動作との切り替え毎に、また、誘導機２０ａ，２０ｂが力行動作を行う毎に、１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊の生成に用いる定数と、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊の生成に用いる定数とを入れ換える。こうすることで、誘導機２０ａ，２０ｂの動作に応じて、インバータ５ａの電流指令（１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）とインバータ５ｂの電流指令（２群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）とが入れ換わる。その結果、すべり周波数指令ωｓ１とすべり周波数指令ωｓ２とも入れ換わるので、インバータ５ａ，５ｂの動作状態を均等に保つことができる。そのため、インバータ５ａ，５ｂおよび誘導機２０ａ，２０ｂの温度上昇を均等化し、熱的に均衡を保ちながら、大きな高調波電流が電源２に流れることを抑制することができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態においては、１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊の生成に用いる定数（Ｋ１）と、２群用励磁電流指令Ｉｄ２^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ２^＊の生成に用いる定数（Ｋ２）とは固定であった。この場合、定数Ｋ１，Ｋ２が特定の値である場合に、定数Ｋ１，Ｋ２に起因した高調波電流が問題となることがある。

そこで、本実施形態においては、電流指令補正部１００は、Ｋ１，Ｋ２を時間的に変化させる。Ｋ１，Ｋ２を時間的に変化させることで、インバータ５ａの電流指令（１群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および１群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）およびとインバータ５ｂの電流指令（２群用励磁電流指令Ｉｄ１^＊および２群用トルク分電流指令Ｉｑ１^＊）も時間的に変化し、Ｋ１，Ｋ２に起因した高調波電流が流れることを防ぐことができる。

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ 電力変換装置
２ 電源
３ａ，３ｂ リアクトル
４ａ，４ｂ コンデンサ
５ａ，５ｂ インバータ
６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ 電流センサ
８ａ，８ｂ 回転数センサ
１０ 制御部
２０ａ，２０ｂ 誘導機
１１ 電流指令生成部
１２ａ，１２ｂ すべり周波数演算部
１３ａ，１３ｂ 加算器
１４ａ，１４ｂ 積分器
１５ａ，１５ｂ ３相−ｄｑ座標変換部
１６ａ，１６ｂ 電流制御部
１７ａ，１７ｂ ｄｑ座標−３相変換部
１８ａ，１８ｂ キャリア信号生成部
１９ａ，１９ｂ ゲート信号生成部
１００ 電流指令補正部
１０１ａ，１０１ｂ 信号生成部

Claims (4)

1. 複数のスイッチング素子からなり、並列に接続された複数のインバータにより電源から出力された直流電力を交流に変換する電力変換装置であって、
   トルク指令および磁束指令に基づき、励磁電流指令およびトルク分電流指令を生成する電流指令生成部と、
   前記電流指令生成部により生成された励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を生成する電流指令補正部と、
   前記複数のインバータそれぞれに対応して設けられ、前記電流指令補正部により生成された、前記対応するインバータに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、前記対応するインバータのスイッチング素子を制御するゲート信号を生成する信号生成部と、を備え、
   前記電流指令補正部は、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を異ならせることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記信号生成部はそれぞれ、
   前記対応するインバータに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令に基づき、すべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、
   前記すべり周波数演算部により演算されたすべり周波数と、前記対応するインバータが駆動するモータのモータ周波数とを加算して前記対応するインバータのインバータ周波数を生成する加算器と、
   前記加算器により生成されたインバータ周波数を積分して位相を求める積分器と、
   前記積分器により求められた位相に基づき、前記対応するインバータの３相出力電流をｄｑ座標系に変換した励磁電流およびトルク分電流を生成する第１の変換部と、
   前記電流指令補正部により生成された励磁電流指令およびトルク分電流指令と、前記第１の変換部により生成された励磁電流およびトルク分電流とに基づき、前記対応するインバータのｄｑ座標系の電圧指令であるｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、
   前記積分器により求められた位相に基づき、前記電流制御部により生成されたｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を３相座標系の電圧指令に変換した３相電圧指令を生成する第２の変換部と、
   前記第２の変換部により生成された３相電圧指令に基づき、前記対応するインバータのスイッチング素子を制御するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記電流指令補正部は、前記インバータの動作に応じて、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を入れ換えることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１または２に記載の電力変換装置において、
   前記電流指令補正部は、前記複数のインバータそれぞれに対する励磁電流指令およびトルク分電流指令を時間的に変化させることを特徴とする電力変換装置。

Images