JP4139852B1 - インバータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
(1)搬送波周波数(スイッチング周波数)の低減
(2)変調手法の改善
図1は、本発明の実施の形態1にかかるインバータ制御装置の構成を示す図であり、三相交流負荷1を制御するインバータ制御装置の一実施態様を示すものである。
αu'=α・sin(θ) …(式2a)
αv'=α・sin(θ−2π/3) …(式2b)
αw'=α・sin(θ−4π/3) …(式2c)
αu=αu'+α2ph …(式3a)
αv=αv'+α2ph …(式3b)
αw=αw'+α2ph …(式3c)
αu=αu' …(式4a)
αv=αv' …(式4b)
αw=αw' …(式4c)
α:変調率
|V|:電圧振幅指令値
θ:電圧位相角指令値
EFC:直流電源部電圧
αu',αv',αw':三相変調波
αu,αv,αw :二相変調波
α2ph:変調波付加信号
θc=k・θ−90[deg] …(式5a)
ここで、k=fc/finv=9である。
θc=360・fc・t+θinit[deg] …(式5b)
ここで、tは非同期モードが選択されてからの時間であり、θinitは初期設定位相角である。
(a)搬送波頂点タイミング信号が入力されたタイミングで
(b)電圧位相角指令θとθpとの差異がΔθ以内
具体的には、以下のとおりである。
(a)αu>搬送波のとき Su(U相上アーム)オン,Sx(U相下アーム)オフ
(b)αu<搬送波のとき Su(U相上アーム)オフ,Sx(U相下アーム)オン
(c)αv>搬送波のとき Sv(V相上アーム)オン,Sy(V相下アーム)オフ
(d)αv<搬送波のとき Sv(V相上アーム)オフ,Sy(V相下アーム)オン
(e)αw>搬送波のとき Sw(W相上アーム)オン,Sz(W相下アーム)オフ
(f)αw<搬送波のとき Sw(W相上アーム)オフ,Sz(W相下アーム)オン
図4の下段部には、インバータ主回路のU相電圧出力の一例が示されている。この一連の処理で生成されたスイッチングパターンによってインバータ主回路2を駆動することにより、各アームの出力電圧におけるパルス幅が制御され、三相交流負荷1に印加される電圧の基本波成分を、電圧ベクトル生成部4が出力した電圧指令値に追従させることが可能となる。
実施の形態1では、変調波周波数が所定の値を超えたときに、搬送波周波数を変調波周波数の整数倍となるよう搬送波を設定することにより、変調の相アンバランスや不要な電力脈動の発生を抑制するようにしていた。一方、このような手法を用いた場合、搬送波周波数の切り替わりのタイミングで、インバータ主回路2や三相交流負荷1から発生する不快音(主として磁歪音)の切り替わりも発生し、低騒音を重視するインバータの用途では望ましくない場合がある。以下に示す実施の形態2は、このような低騒音を重視するインバータに好適な実施態様を示すものである。
<条件1> fc/finv=整数であり、かつ、3の倍数
<条件2> 切替時間間隔は、変調波の1周期分以上
<条件3> 切替時間間隔は、例えば0.1秒以下
<条件4> 搬送波周波数fcの、時間Tcoあたりの平均値(fc_2ph_ave)が所定値以下(Tco:主回路の冷却装置の時定数)
<条件5> fc/finv=3の場合には、変調波を通常変調波(三相変調波)に復帰
Xb=0.3 …(式6a)
Xa=[(fc_2ph_ave/finv)−Xb・(b−c)−c]/(a−c) …(式6b)
Xc=1−Xa−Xb …(式6c)
まず、Xa、Xb、Xcは採用時間比率であるため総和は1である。すなわち、
Xa+Xb+Xc=1 …(式7a)
である。
また、fcの平均値がfc_2ph_aveとなるよう、fc/finvとしてa,b,cを採用時間比Xa,Xb,Xcで選択する場合には、以下の式が成り立つ。
a・finv・Xa+b・finv・Xb+c・finv・Xc=fc_2ph_ave …(式7b)
採用時間比率Xa,Xb,Xcを決定するには、(式7a)(式7b)以外にもう一点自由度があるため、式6aのように、最もfc_2ph_ave/finvに近いbの採用率Xbを、例えば30%と指定することで、Xa,Xcも決定できる。これらの演算は所定時間(例えば数秒程度)間隔で実施して、その結果を更新し、搬送波周波数配分部24に出力する。
2 インバータ主回路
3 直流電源部
4 電圧ベクトル生成部
5 PWM演算部
10,10a 変調モード選択部
11 変調波生成部
12 搬送波生成部
13 比較部
15 変調率生成部
16 三相変調波生成部
17 変調波付加信号生成部
18 加算器
19 三相変調切替部
21 搬送波テーブル
22 fc/finv選択部
23 採用時間比率算出部
24 搬送波周波数配分部
41 搬送波切替タイミング信号出力器
42 搬送波位相角算出器
43 三角波発生器
Claims (8)
- 三相負荷に電力を供給するインバータ主回路と、インバータ主回路にスイッチング指令を出力するPWM演算部と、を備えたインバータ制御装置において、
前記PWM演算部は、
前記三相負荷に印加する電圧指令値に関する情報に基づき、変調に最適な二相変調モード信号と搬送波同期モード選択指令とを選択する変調モード選択部と、
前記二相変調モード信号に応じて、前記インバータ主回路への電圧指令値としての変調波を生成する変調波生成部と、
前記搬送波同期モード選択指令に応じて、前記スイッチング指令の基準となる搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記変調波生成部が生成した変調波と前記搬送波生成部が生成した搬送波とを比較する比較部と、
を備え、
前記インバータ主回路を構成する3相のうちのいずれか1相のスイッチングを休止する二相変調モードの動作時に、前記搬送波生成部を制御して、前記搬送波の周波数(搬送波周波数)を前記変調波の周波数(変調波周波数)の整数倍に設定することを特徴とするインバータ制御装置。 - 前記搬送波生成部は、
前記電圧指令値に関する情報と前記搬送波同期モード選択指令とに基づき、搬送波同期モードの切替を行うとともに、前記搬送波の頂点タイミング信号を前記変調波生成部に出力することを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。 - 前記変調波生成部は、
前記電圧指令値に関する情報と前記搬送波の頂点タイミング信号とに基づき、三相分の変調波を生成し、当該生成した変調波を比較部に出力することを特徴とする請求項2に記載のインバータ制御装置。 - 前記PWM演算部は、
前記二相変調モードの動作時、前記変調波周波数が予め設定された所定値を超える条件となった場合に、前記搬送波周波数を前記変調波周波数の整数倍とすることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。 - 前記PWM演算部は、
前記インバータ主回路の冷却器の時定数あたりの搬送波周波数の時間平均値が、該インバータ主回路の冷却器の冷却性能から決まる搬送周波数の上限値を超えないように搬送波周波数を設定することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のインバータ制御装置。 - 前記PWM演算部は、
前記搬送波周波数を前記変調波周波数の整数倍の条件を保ちつつ、前記搬送波周波数と前記変調波周波数の比を変調波の1周期の時間単位で切り替えることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のインバータ制御装置。 - 前記PWM演算部は、前記二相変調モードの動作時に、前記搬送波周波数と前記変調波周波数の比が3となった場合に、三相変調モードに切り替えることを特徴とする請求項6に記載のインバータ制御装置。
- 三相負荷に電力を供給するインバータ主回路と、インバータ主回路にスイッチング指令を出力するPWM演算部と、を備えたインバータ制御装置において、
前記PWM演算部は、
前記インバータ主回路への電圧指令値としての変調波を生成する変調波生成部と、
前記スイッチング指令の基準となる搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記変調波生成部が生成した変調波と、前記搬送波生成部が生成した搬送波と、を比較する比較部と、を備え、
前記インバータ主回路を構成する3相のうちのいずれか1相のスイッチングを休止する二相変調モードの動作時に、前記搬送波生成部を制御して、前記搬送波の周波数(搬送波周波数)を前記変調波の周波数(変調波周波数)の整数倍に設定し、前記搬送波周波数を前記変調波周波数の整数倍の条件を保ちつつ、前記搬送波周波数と前記変調波周波数の比を変調波の1周期の時間単位で切り替えることを特徴とするインバータ制御装置。
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