JP4143918B2 - 二相変調制御式インバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二相変調制御式インバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三相交流電動機を駆動制御する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を所定の順序で所定期間停止し、停止相以外の二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭキャリア周期でＰＷＭ制御するインバータ制御部と、を備えた二相変調制御式インバータ装置においては、指令電圧ベクトルを挟む６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させるように構成されている。
【０００３】
一方、出力電圧が低い場合や電圧指令ベクトルの位相角が基本電圧ベクトルの位相角に近い場合にも直流母線の電流を検出するのに十分なパルス幅を得ることを目的として、１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルを利用したスイッチング方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２９８６３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、三相交流電動機を駆動制御するための三相インバータ回路を含むインバータ装置には、ノイズ除去のためのパワーフィルタが電源端子の正極と負極とに接続されるが、パワーフィルタは、インバータ装置の体格の１／３以上の大きさを占めるため、その小型化を図ることが求められている。そして、パワーフィルタの体格は、三相インバータ回路のスイッチングによって発生する脈動電流の大きさによって決定される。
【０００６】
そして、この脈動電流には、原因の異なる２種類の脈動電流が存在する。その一つは、図１９に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ＞０，Ｖ相電流Ｉｖ＞０の場合にＰＷＭスイッチングにおける負荷への通電が停止する期間においてパワーフィルタのリアクトルに溜まったインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサへ流入するリップル電流（以下、リップル電流▲１▼と称する）である。他の一つは、図２０に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ＞０，Ｖ相電流Ｉｖ＜０の場合に三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサへ流入するリップル電流（以下、リップル電流▲２▼と称する）である。但し、リップル電流▲２▼は、所定の二相の正側スイッチング素子を同時にオンして還流モードを発生させることによって低減される。
【０００７】
しかしながら、６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させる従来のスイッチング方式（以下、６０度電圧ベクトル方式と称する）では、ＰＷＭスイッチングにおける負荷への通電が停止する期間の比率が大きく、リップル電流▲１▼が比較的多く発生するため、ノイズ除去用のパワーフィルタが大きくならざるを得ないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭスイッチングによって発生するリップル電流を低減することが可能な二相変調制御式インバータ装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の二相変調制御式インバータ装置は、三相交流電動機を駆動制御する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を所定の順序で所定期間停止し、停止相以外の二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭキャリア周期でＰＷＭ制御するインバータ制御部と、を備えた二相変調制御式インバータ装置において、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
従って、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるので、三相交流電動機への通電が停止する期間の比率が小さく、ノイズ除去用のパワーフィルタの平滑リアクトルに溜まったインダクタンスエネルギ等によって発生するリップル電流を確実に低減することができる。これにより、小型のパワーフィルタを用いることが可能となり、インバータ装置全体の体格を小型化することができる。
【００１１】
また、請求項１に記載の二相変調制御式インバータ装置は、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
従って、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるので、パワーフィルタのインダクタンスエネルギによって発生するリップル電流の低減に加えて、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流をも低減することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の二相変調制御式インバータ装置は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
従って、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるので、ロータ位置に応じて最もリップル電流の少ない二相変調パターンへ切り替えることによって、リップル電流をより一層低減することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の二相変調制御式インバータ装置は、前記スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定したことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、力率、変調度によって三相交流電動機に印加した電圧に対する電流の位相が異なるため、前記スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定することにより、各運転条件でリップル電流が最小となるスイッチング方式を選択することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した二相変調制御式インバータ装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
まず、第一の実施形態の二相変調制御式インバータ装置（以下、インバータ装置と称する）１の全体構成について、図１の回路図を参照しつつ説明する。
【００１９】
インバータ装置１は、ＰＷＭスイッチング信号に基づいて三相交流電動機の各相へ駆動電力を供給する電圧型インバータ回路（以下、インバータ回路と称する）２と、インバータ回路２を介して三相交流電動機へ電力を供給する電源３と、電源３の正極側と負極側とに接続されるパワーフィルタ４と、インバータ回路２の各スイッチング素子２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚへ入力されるＰＷＭスイッチング信号（ＰＷＭ−Ｕ，ＰＷＭ−Ｖ，ＰＷＭ−Ｗ，ＰＷＭ−Ｘ，ＰＷＭ−Ｙ，ＰＷＭ−Ｚ）を生成するインバータ制御回路５とから構成されている。尚、電圧型インバータ回路２が本発明の三相インバータ回路を、インバータ制御回路５がインバータ制御部をそれぞれ構成するものである。
【００２０】
インバータ回路２は、Ｕ相上段のスイッチング素子２ｕ、Ｕ相下段のスイッチング素子２ｘ、Ｖ相上段のスイッチング素子２ｖ、Ｖ相下段のスイッチング素子２ｙ、Ｗ相上段のスイッチング素子２ｗ、及びＷ相下段のスイッチング素子２ｚからなる６個のスイッチング素子をブリッジ接続した周知構成の三相インバータ回路である。
【００２１】
パワーフィルタ４は、ノイズ除去を目的として設けられるものであり、電源３の正極側に接続された平滑リアクトル４ａと、平滑リアクトル４ａと電源３の負極側との間に接続されたパワーフィルタコンデンサ４ｂとを備えている。
【００２２】
次に、インバータ制御回路５におけるＰＷＭスイッチング信号の生成方式について空間ベクトル法を用いて説明する。空間ベクトル法とは、指令電圧ベクトルを８個の基本電圧ベクトルで表現し、時間に換算して６個のスイッチング素子のオン／オフを決定するものである。基本電圧ベクトルとは、電圧型インバータにおいて６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせで決まる２3 ＝８種類の電圧ベクトルである。また、８種類の基本電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７は、図２に示すように、互いに６０度だけ位相が異なり且つ大きさの等しい６種の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と、大きさを持たない２種の零電圧ベクトルＶ０及びＶ７とからなる。ここで、８種のベクトル（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ）は、８通りのスイッチングモードに対応し、各相の正側のスイッチング素子２ｕ，２ｖ，２ｗがオンであるときに、Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを「１」と表し、逆に負側のスイッチング素子２ｘ，２ｙ，２ｚがオンであるときに「０」と表したものである。
【００２３】
最初に、本実施形態との比較のため、従来方式である６０度電圧ベクトル方式における電圧ベクトルの合成方法について説明する。６０度電圧ベクトル方式では、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させる。例えば、図３（ａ）のベクトル図に示すように、６０度位相が異なる基本電圧ベクトルＶ１及びＶ２と零電圧ベクトルＶ０とを合成して指令電圧ベクトルを生成する。また、図３（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターンは図３（ｂ）に示すとおりである。そして、６０度電圧ベクトル方式では、図３（ｃ）に示すように、負荷（すなわち、三相交流電動機）への通電が停止する期間、換言すれば、零電圧ベクトルＶ０の比率が大きいため、パワーフィルタ４のインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサ４ｂへ流入するリップル電流▲１▼が比較的大きいという問題がある。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させる（以下、１２０度電圧ベクトル方式と称する）。例えば、図４（ａ）のベクトル図に示すように、１２０度位相が異なる基本電圧ベクトルＶ１及びＶ３と零電圧ベクトルＶ０とを合成して指令電圧ベクトルを生成する。また、図４（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターンは図４（ｂ）に示すとおりである。尚、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルの合成パターンとしては、図４（ａ）のベクトル図に示す合成パターン以外に、図４（ｄ）のベクトル図に示す合成パターンが存在する。図４（ｄ）の合成パターンでは、基本電圧ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３を合成して指令電圧ベクトルを生成している。
【００２５】
また、１２０度位相差電圧ベクトルは、具体的には、図５に示すように、１相のみ位相が１８０度シフトされたＰＷＭキャリアで変調することにより生成される。但し、シフト量によって１２０度位相差電圧ベクトルの割合が異なる。
【００２６】
そして、本実施形態の１２０度電圧ベクトル方式では、図４（ｃ）に示すように、負荷（三相交流電動機）への通電が停止する期間、換言すれば、零電圧ベクトルＶ０の比率が小さく、パワーフィルタ４の平滑リアクトル４ａに溜まったインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサ４ｂへ流入するリップル電流▲１▼を確実に低減することができる。ここで、図６は、図４に示す本実施形態の１２０度電圧ベクトル方式を採用した場合のリップル電流率と、図３に示す従来の６０度電圧ベクトル方式を採用した場合のリップル電流率とを示すグラフである。図６より明らかなように、いずれの変調度においても本実施形態において従来方式よりもリップル電流率の低減が図られていることが分かる。尚、リップル電流率とは、相電流実効値に対するリップル電流の比率を百分率で表したものである。
【００２７】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。尚、以下の各実施形態は、第一の実施形態とＰＷＭスイッチングの方式が異なるのみであるので、インバータ装置の全体構成についての説明は省略する。
【００２８】
本実施形態は、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
すなわち、パワーフィルタコンデンサ４ａに流入するリップル電流には、上述したリップル電流▲１▼以外に、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流▲２▼が存在する。そして、リップル電流▲２▼については、所定の二相の正側スイッチング素子を同時にオンして還流モードを発生させる６０度電圧ベクトル方式により低減が可能である。また、ロータ位置によって、リップル電流▲１▼が多く発生する状態と、リップル電流▲２▼が多く発生する状態とが存在するため、本実施形態では、リップル電流▲１▼が多く発生するロータ位置では１２０電圧ベクトル方式を選択し、リップル電流▲２▼が多く発生するロータ位置では６０度電圧ベクトル方式を選択するようにＰＷＭスイッチング方式の切り替えを行うように構成することにより、第一の実施形態よりもさらにリップル電流の低減を可能とするものである。
【００３０】
ここで、図７は、ロータ位置とリップル電流率との関係を示しており、１２０度電圧ベクトル方式のみを選択した場合のリップル電流率、６０度電圧ベクトル方式のみを選択した場合のリップル電流率、及び本実施形態による電圧ベクトル方式の切り替えを行った場合のリップル電流率のグラフを表している。図７のグラフに示す本実施形態の一例では、ロータ位置０度〜１８度で６０度電圧ベクトル方式を、１８度〜５４度で１２０度電圧ベクトル方式を、５４度〜７８度で６０度電圧ベクトル方式を、７８度〜１２０度で１２０度電圧ベクトル方式をそれぞれ選択するように切り替えを行っている。図７より、本実施形態によれば、ロータ位置に応じてリップル電流率がより低い電圧ベクトル方式に切り替えることによって、全ロータ位置においてリップル電流率を低減することが可能であることが分かる。
【００３１】
次に、インバータ制御回路５における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替えを行うための具体的構成について、図８を参照しつつ説明する。ＣＳ（チップセレクト）＝Ｈｉｇｈのとき、６０度電圧ベクトルを生成し、ＣＳ＝Ｌｏｗのとき、スイッチングしている二相の内、どちらか一相（図８ではＶ相）の変調度を反転させることにより１２０度電圧ベクトルを生成する。すなわち、ＣＳ＝Ｈｉｇｈのとき、図９に示す論理回路に信号Ｖ及びその反転が入力されると、Ｖ’及びその反転がそれぞれそのまま出力される。一方、ＣＳ＝Ｌｏｗのとき、信号Ｖの入力に対してＶの反転がＶ’として出力され、Ｖの反転の入力に対してＶがＶ’として出力される。ここで、Ｖ’は、Ｖ相スイッチング素子の上アーム（スイッチング素子２ｖ）に入力される信号であり、Ｖ’の反転は、Ｖ相スイッチング素子の下アーム（スイッチング素子２ｙ）に入力される信号である。尚、図９に示す論理回路において常にＣＳ＝Ｌｏｗとして信号生成を行った場合が、上述した第一の実施形態に相当する。
【００３２】
また、ＰＷＭキャリアに対する指令値書き換えタイミング及びＣＳ書き換えタイミングは、図１０に示すとおりである。そして、このような構成により、図１１（ａ）に示す６０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形と同図（ｂ）に示す１２０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形との切り替えが行われる。
【００３３】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００３４】
図１２（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲１▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲１▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３５】
図１３（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略６０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲２▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲２▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３６】
図１４（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略３０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲３▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲３▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３７】
尚、１２０度電圧位相が異なる基本電圧ベクトルで指令電圧ベクトルを合成する場合、基本電圧ベクトルの選択の仕方は、図１５（ａ）に示すパターンと同図（ｂ）に示すパターンの２種類が存在する。
【００３８】
図１６は、６０度電圧ベクトル方式及び１２０度電圧ベクトル方式について、二相変調▲１▼、二相変調▲２▼、及び二相変調▲３▼のそれぞれにおけるリップル電流率の変化を示すグラフである。図１６より明らかなように、ロータ位置によってリップル電流率の低い電圧ベクトル方式及び二相変調パターンが異なっている。本実施形態では、ロータ位置に応じて最もリップル電流率の低い電圧ベクトル方式及び二相変調パターンを選択するように切り替えを行うように構成されているため、リップル電流をより一層低減することができる。
【００３９】
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態は、スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定することを特徴とする。
【００４０】
すなわち、上述した第三の実施形態では複数のスイッチングパターンの内、ロータ位置に応じて最もリップル電流率の低いパターンへ切り替えを行うように構成したが、リップル電流率の変化とロータ位置との関係は、力率、変調度によって変化する。つまり、力率、変調度（換言すれば、トルク、回転数）によって三相交流電動機に印加した電圧に対する電流の位相が異なるため、力率及び／又は変調度に応じて切り替えタイミング（ロータ位置）を適宜設定することで、各運転条件でリップル電流が最小となる方式を選択することができる。
【００４１】
例えば、力率＝１の場合には、図１７（ａ）に示すように、二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式が、ロータ位置の全範囲においてリップル電流が最小となっている。このため、ロータ位置の全範囲において二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式を選択する。
【００４２】
また、力率＝０．９の場合は、図１７（ｂ）に示すように、ロータ位置が０度から２０度では二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式において、２０度から７８度では二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式において、７８度から１２０度では二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式において、それぞれリップル電流が最小となっている。従って、ロータ位置が２０度、７８度、１２０度（０度）のときに、上述した順に各スイッチング方式への切り替えを行う。
【００４３】
また、図１７（ｃ）に示すように、力率＝０．７の場合は、ロータ位置が０度から４０度では二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式において、４０度から８８度では二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式において、８８度から１００度では二相変調▲２▼による６０度電圧ベクトル方式において、１００度から１２０度では二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式において、それぞれリップル電流が最小となっている。従って、ロータ位置が４０度、８８度、１００度、１２０度（０度）のときに、上述した順に各スイッチング方式への切り替えを行う。
【００４４】
尚、図１８は、力率を１，０．９，０．７とし、変調度を１７％，４３％，６５％，８７％，１００％とした場合における各方式のリップル電流率を測定した結果を表している。また、リップル電流率の測定データの前に＊印が付してあるものが、各運転条件における最小のリップル電流率である。このように、力率、変調度によって、リップル電流率が最小となる方式が異なるため、力率及び／又は変調度に応じてリップル電流率が最小となるスイッチング方式へ切り替えを行うことにより、リップル電流を低減することができることがわかる。
【００４５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４６】
例えば、前記第四の実施形態では、スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定するように構成したが、図１８の表に示される力率及び変調度の各条件で最小のリップル電流率を示すスイッチング方式を全ロータ位置において選択するように構成してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の二相変調制御式インバータ装置によれば、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるので、三相交流電動機への通電が停止する期間の比率が小さく、ノイズ除去用のパワーフィルタの平滑リアクトルに溜まったインダクタンスエネルギ等によって発生するリップル電流を確実に低減することができる。これにより、小型のパワーフィルタを用いることが可能となり、インバータ装置全体の体格を小型化することができる。特に、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるので、パワーフィルタのインダクタンスエネルギによって発生するリップル電流の低減に加えて、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である二相変調式インバータ装置の電気的回路構成を示す回路図である。
【図２】 基本電圧ベクトルを示す図である。
【図３】 （ａ）は６０度電圧ベクトル方式を表すベクトル図、（ｂ）は（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターン図、（ｃ）は６０度電圧ベクトル方式におけるＵ相、Ｖ相の通電タイミングとリップル電流波形との関係を示す図である。
【図４】 （ａ）は１２０度電圧ベクトル方式を表すベクトル図、（ｂ）は（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターン図、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式におけるＵ相、Ｖ相の通電タイミングとリップル電流波形との関係を示す図である。
【図５】 １２０度位相差電圧ベクトルの生成方法を説明する図である。
【図６】 １２０度位相差電圧ベクトル方式（本方式）によるリップル電流率と６０度位相差電圧ベクトル方式（従来方式）によるリップル電流率とを比較して示すグラフである。
【図７】 第二の実施形態における電圧ベクトル方式の切り替えを説明するための図であり、各スイッチング方式におけるリップル電流率の変化を示すグラフである。
【図８】 第二の実施形態における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替え方法を説明する図である。
【図９】 第二の実施形態における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替えを行うための具体的回路例を示す図である。
【図１０】 第二の実施形態におけるＰＷＭキャリアに対する指令値書き換えタイミング及びＣＳ書き換えタイミングを示す図である。
【図１１】 （ａ）は６０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形を、（ｂ）は１２０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形をそれぞれ示す図である。
【図１２】 （ａ）は二相変調▲１▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１３】 （ａ）は二相変調▲２▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１４】 （ａ）は二相変調▲３▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１５】 １２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを説明する図である。
【図１６】 第三の実施形態によるスイッチング方式の切り替えを説明するための図であり、各スイッチング方式におけるリップル電流率の変化を示すグラフである。
【図１７】 第四の実施形態によるスイッチング方式の切り替えを説明するための図であり、（ａ）は力率１、（ｂ）は力率０．９、（ｃ）は力率０．７におけるスイッチング方式の切り替えとリップル電流率の変化とを示すグラフである。
【図１８】 力率及び変調度の各条件下において各スイッチング方式によるリップル電流率を測定した結果を示す表である。
【図１９】 リップル電流▲１▼の発生を説明する図である。
【図２０】 リップル電流▲２▼の発生を説明する図である。
【符号の説明】
１…二相変調制御式インバータ装置、２…電圧型インバータ回路（三相インバータ回路）、２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚ…スイッチング素子、５…インバータ制御回路（インバータ制御部）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、二相変調制御式インバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三相交流電動機を駆動制御する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を所定の順序で所定期間停止し、停止相以外の二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭキャリア周期でＰＷＭ制御するインバータ制御部と、を備えた二相変調制御式インバータ装置においては、指令電圧ベクトルを挟む６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させるように構成されている。
【０００３】
一方、出力電圧が低い場合や電圧指令ベクトルの位相角が基本電圧ベクトルの位相角に近い場合にも直流母線の電流を検出するのに十分なパルス幅を得ることを目的として、１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルを利用したスイッチング方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２９８６３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、三相交流電動機を駆動制御するための三相インバータ回路を含むインバータ装置には、ノイズ除去のためのパワーフィルタが電源端子の正極と負極とに接続されるが、パワーフィルタは、インバータ装置の体格の１／３以上の大きさを占めるため、その小型化を図ることが求められている。そして、パワーフィルタの体格は、三相インバータ回路のスイッチングによって発生する脈動電流の大きさによって決定される。
【０００６】
そして、この脈動電流には、原因の異なる２種類の脈動電流が存在する。その一つは、図１９に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ＞０，Ｖ相電流Ｉｖ＞０の場合にＰＷＭスイッチングにおける負荷への通電が停止する期間においてパワーフィルタのリアクトルに溜まったインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサへ流入するリップル電流（以下、リップル電流▲１▼と称する）である。他の一つは、図２０に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ＞０，Ｖ相電流Ｉｖ＜０の場合に三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサへ流入するリップル電流（以下、リップル電流▲２▼と称する）である。但し、リップル電流▲２▼は、所定の二相の正側スイッチング素子を同時にオンして還流モードを発生させることによって低減される。
【０００７】
しかしながら、６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させる従来のスイッチング方式（以下、６０度電圧ベクトル方式と称する）では、ＰＷＭスイッチングにおける負荷への通電が停止する期間の比率が大きく、リップル電流▲１▼が比較的多く発生するため、ノイズ除去用のパワーフィルタが大きくならざるを得ないという問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭスイッチングによって発生するリップル電流を低減することが可能な二相変調制御式インバータ装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の二相変調制御式インバータ装置は、三相交流電動機を駆動制御する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を所定の順序で所定期間停止し、停止相以外の二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭキャリア周期でＰＷＭ制御するインバータ制御部と、を備えた二相変調制御式インバータ装置において、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるように構成したことを特徴とする。
【００１０】
従って、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるので、三相交流電動機への通電が停止する期間の比率が小さく、ノイズ除去用のパワーフィルタの平滑リアクトルに溜まったインダクタンスエネルギ等によって発生するリップル電流を確実に低減することができる。これにより、小型のパワーフィルタを用いることが可能となり、インバータ装置全体の体格を小型化することができる。
【００１１】
また、請求項１に記載の二相変調制御式インバータ装置は、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
従って、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるので、パワーフィルタのインダクタンスエネルギによって発生するリップル電流の低減に加えて、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流をも低減することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の二相変調制御式インバータ装置は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
従って、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるので、ロータ位置に応じて最もリップル電流の少ない二相変調パターンへ切り替えることによって、リップル電流をより一層低減することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載の二相変調制御式インバータ装置は、前記スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定したことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、力率、変調度によって三相交流電動機に印加した電圧に対する電流の位相が異なるため、前記スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定することにより、各運転条件でリップル電流が最小となるスイッチング方式を選択することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した二相変調制御式インバータ装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
まず、第一の実施形態の二相変調制御式インバータ装置（以下、インバータ装置と称する）１の全体構成について、図１の回路図を参照しつつ説明する。
【００１９】
インバータ装置１は、ＰＷＭスイッチング信号に基づいて三相交流電動機の各相へ駆動電力を供給する電圧型インバータ回路（以下、インバータ回路と称する）２と、インバータ回路２を介して三相交流電動機へ電力を供給する電源３と、電源３の正極側と負極側とに接続されるパワーフィルタ４と、インバータ回路２の各スイッチング素子２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚへ入力されるＰＷＭスイッチング信号（ＰＷＭ−Ｕ，ＰＷＭ−Ｖ，ＰＷＭ−Ｗ，ＰＷＭ−Ｘ，ＰＷＭ−Ｙ，ＰＷＭ−Ｚ）を生成するインバータ制御回路５とから構成されている。尚、電圧型インバータ回路２が本発明の三相インバータ回路を、インバータ制御回路５がインバータ制御部をそれぞれ構成するものである。
【００２０】
インバータ回路２は、Ｕ相上段のスイッチング素子２ｕ、Ｕ相下段のスイッチング素子２ｘ、Ｖ相上段のスイッチング素子２ｖ、Ｖ相下段のスイッチング素子２ｙ、Ｗ相上段のスイッチング素子２ｗ、及びＷ相下段のスイッチング素子２ｚからなる６個のスイッチング素子をブリッジ接続した周知構成の三相インバータ回路である。
【００２１】
パワーフィルタ４は、ノイズ除去を目的として設けられるものであり、電源３の正極側に接続された平滑リアクトル４ａと、平滑リアクトル４ａと電源３の負極側との間に接続されたパワーフィルタコンデンサ４ｂとを備えている。
【００２２】
次に、インバータ制御回路５におけるＰＷＭスイッチング信号の生成方式について空間ベクトル法を用いて説明する。空間ベクトル法とは、指令電圧ベクトルを８個の基本電圧ベクトルで表現し、時間に換算して６個のスイッチング素子のオン／オフを決定するものである。基本電圧ベクトルとは、電圧型インバータにおいて６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせで決まる２3 ＝８種類の電圧ベクトルである。また、８種類の基本電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７は、図２に示すように、互いに６０度だけ位相が異なり且つ大きさの等しい６種の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と、大きさを持たない２種の零電圧ベクトルＶ０及びＶ７とからなる。ここで、８種のベクトル（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ）は、８通りのスイッチングモードに対応し、各相の正側のスイッチング素子２ｕ，２ｖ，２ｗがオンであるときに、Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃを「１」と表し、逆に負側のスイッチング素子２ｘ，２ｙ，２ｚがオンであるときに「０」と表したものである。
【００２３】
最初に、本実施形態との比較のため、従来方式である６０度電圧ベクトル方式における電圧ベクトルの合成方法について説明する。６０度電圧ベクトル方式では、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む６０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させる。例えば、図３（ａ）のベクトル図に示すように、６０度位相が異なる基本電圧ベクトルＶ１及びＶ２と零電圧ベクトルＶ０とを合成して指令電圧ベクトルを生成する。また、図３（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターンは図３（ｂ）に示すとおりである。そして、６０度電圧ベクトル方式では、図３（ｃ）に示すように、負荷（すなわち、三相交流電動機）への通電が停止する期間、換言すれば、零電圧ベクトルＶ０の比率が大きいため、パワーフィルタ４のインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサ４ｂへ流入するリップル電流▲１▼が比較的大きいという問題がある。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して、三相ＰＷＭ電圧を発生させる（以下、１２０度電圧ベクトル方式と称する）。例えば、図４（ａ）のベクトル図に示すように、１２０度位相が異なる基本電圧ベクトルＶ１及びＶ３と零電圧ベクトルＶ０とを合成して指令電圧ベクトルを生成する。また、図４（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターンは図４（ｂ）に示すとおりである。尚、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルの合成パターンとしては、図４（ａ）のベクトル図に示す合成パターン以外に、図４（ｄ）のベクトル図に示す合成パターンが存在する。図４（ｄ）の合成パターンでは、基本電圧ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３を合成して指令電圧ベクトルを生成している。
【００２５】
また、１２０度位相差電圧ベクトルは、具体的には、図５に示すように、１相のみ位相が１８０度シフトされたＰＷＭキャリアで変調することにより生成される。但し、シフト量によって１２０度位相差電圧ベクトルの割合が異なる。
【００２６】
そして、本実施形態の１２０度電圧ベクトル方式では、図４（ｃ）に示すように、負荷（三相交流電動機）への通電が停止する期間、換言すれば、零電圧ベクトルＶ０の比率が小さく、パワーフィルタ４の平滑リアクトル４ａに溜まったインダクタンスエネルギによって発生し、パワーフィルタコンデンサ４ｂへ流入するリップル電流▲１▼を確実に低減することができる。ここで、図６は、図４に示す本実施形態の１２０度電圧ベクトル方式を採用した場合のリップル電流率と、図３に示す従来の６０度電圧ベクトル方式を採用した場合のリップル電流率とを示すグラフである。図６より明らかなように、いずれの変調度においても本実施形態において従来方式よりもリップル電流率の低減が図られていることが分かる。尚、リップル電流率とは、相電流実効値に対するリップル電流の比率を百分率で表したものである。
【００２７】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。尚、以下の各実施形態は、第一の実施形態とＰＷＭスイッチングの方式が異なるのみであるので、インバータ装置の全体構成についての説明は省略する。
【００２８】
本実施形態は、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００２９】
すなわち、パワーフィルタコンデンサ４ａに流入するリップル電流には、上述したリップル電流▲１▼以外に、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流▲２▼が存在する。そして、リップル電流▲２▼については、所定の二相の正側スイッチング素子を同時にオンして還流モードを発生させる６０度電圧ベクトル方式により低減が可能である。また、ロータ位置によって、リップル電流▲１▼が多く発生する状態と、リップル電流▲２▼が多く発生する状態とが存在するため、本実施形態では、リップル電流▲１▼が多く発生するロータ位置では１２０電圧ベクトル方式を選択し、リップル電流▲２▼が多く発生するロータ位置では６０度電圧ベクトル方式を選択するようにＰＷＭスイッチング方式の切り替えを行うように構成することにより、第一の実施形態よりもさらにリップル電流の低減を可能とするものである。
【００３０】
ここで、図７は、ロータ位置とリップル電流率との関係を示しており、１２０度電圧ベクトル方式のみを選択した場合のリップル電流率、６０度電圧ベクトル方式のみを選択した場合のリップル電流率、及び本実施形態による電圧ベクトル方式の切り替えを行った場合のリップル電流率のグラフを表している。図７のグラフに示す本実施形態の一例では、ロータ位置０度〜１８度で６０度電圧ベクトル方式を、１８度〜５４度で１２０度電圧ベクトル方式を、５４度〜７８度で６０度電圧ベクトル方式を、７８度〜１２０度で１２０度電圧ベクトル方式をそれぞれ選択するように切り替えを行っている。図７より、本実施形態によれば、ロータ位置に応じてリップル電流率がより低い電圧ベクトル方式に切り替えることによって、全ロータ位置においてリップル電流率を低減することが可能であることが分かる。
【００３１】
次に、インバータ制御回路５における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替えを行うための具体的構成について、図８を参照しつつ説明する。ＣＳ（チップセレクト）＝Ｈｉｇｈのとき、６０度電圧ベクトルを生成し、ＣＳ＝Ｌｏｗのとき、スイッチングしている二相の内、どちらか一相（図８ではＶ相）の変調度を反転させることにより１２０度電圧ベクトルを生成する。すなわち、ＣＳ＝Ｈｉｇｈのとき、図９に示す論理回路に信号Ｖ及びその反転が入力されると、Ｖ’及びその反転がそれぞれそのまま出力される。一方、ＣＳ＝Ｌｏｗのとき、信号Ｖの入力に対してＶの反転がＶ’として出力され、Ｖの反転の入力に対してＶがＶ’として出力される。ここで、Ｖ’は、Ｖ相スイッチング素子の上アーム（スイッチング素子２ｖ）に入力される信号であり、Ｖ’の反転は、Ｖ相スイッチング素子の下アーム（スイッチング素子２ｙ）に入力される信号である。尚、図９に示す論理回路において常にＣＳ＝Ｌｏｗとして信号生成を行った場合が、上述した第一の実施形態に相当する。
【００３２】
また、ＰＷＭキャリアに対する指令値書き換えタイミング及びＣＳ書き換えタイミングは、図１０に示すとおりである。そして、このような構成により、図１１（ａ）に示す６０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形と同図（ｂ）に示す１２０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形との切り替えが行われる。
【００３３】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする。
【００３４】
図１２（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲１▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲１▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３５】
図１３（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略６０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲２▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲２▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３６】
図１４（ａ）は、スイッチング停止相の切り替えを略３０度ごとに行う二相変調パターン（以下、二相変調▲３▼と称する）における各相のＵ，Ｖ，Ｗ各相の変調度（Ｄｕｔｙ）を示すグラフであり、同図（ｂ）は二相変調▲３▼による６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図であり、同図（ｃ）は二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを示す図である。
【００３７】
尚、１２０度電圧位相が異なる基本電圧ベクトルで指令電圧ベクトルを合成する場合、基本電圧ベクトルの選択の仕方は、図１５（ａ）に示すパターンと同図（ｂ）に示すパターンの２種類が存在する。
【００３８】
図１６は、６０度電圧ベクトル方式及び１２０度電圧ベクトル方式について、二相変調▲１▼、二相変調▲２▼、及び二相変調▲３▼のそれぞれにおけるリップル電流率の変化を示すグラフである。図１６より明らかなように、ロータ位置によってリップル電流率の低い電圧ベクトル方式及び二相変調パターンが異なっている。本実施形態では、ロータ位置に応じて最もリップル電流率の低い電圧ベクトル方式及び二相変調パターンを選択するように切り替えを行うように構成されているため、リップル電流をより一層低減することができる。
【００３９】
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態は、スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定することを特徴とする。
【００４０】
すなわち、上述した第三の実施形態では複数のスイッチングパターンの内、ロータ位置に応じて最もリップル電流率の低いパターンへ切り替えを行うように構成したが、リップル電流率の変化とロータ位置との関係は、力率、変調度によって変化する。つまり、力率、変調度（換言すれば、トルク、回転数）によって三相交流電動機に印加した電圧に対する電流の位相が異なるため、力率及び／又は変調度に応じて切り替えタイミング（ロータ位置）を適宜設定することで、各運転条件でリップル電流が最小となる方式を選択することができる。
【００４１】
例えば、力率＝１の場合には、図１７（ａ）に示すように、二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式が、ロータ位置の全範囲においてリップル電流が最小となっている。このため、ロータ位置の全範囲において二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式を選択する。
【００４２】
また、力率＝０．９の場合は、図１７（ｂ）に示すように、ロータ位置が０度から２０度では二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式において、２０度から７８度では二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式において、７８度から１２０度では二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式において、それぞれリップル電流が最小となっている。従って、ロータ位置が２０度、７８度、１２０度（０度）のときに、上述した順に各スイッチング方式への切り替えを行う。
【００４３】
また、図１７（ｃ）に示すように、力率＝０．７の場合は、ロータ位置が０度から４０度では二相変調▲３▼による１２０度電圧ベクトル方式において、４０度から８８度では二相変調▲１▼による１２０度電圧ベクトル方式において、８８度から１００度では二相変調▲２▼による６０度電圧ベクトル方式において、１００度から１２０度では二相変調▲２▼による１２０度電圧ベクトル方式において、それぞれリップル電流が最小となっている。従って、ロータ位置が４０度、８８度、１００度、１２０度（０度）のときに、上述した順に各スイッチング方式への切り替えを行う。
【００４４】
尚、図１８は、力率を１，０．９，０．７とし、変調度を１７％，４３％，６５％，８７％，１００％とした場合における各方式のリップル電流率を測定した結果を表している。また、リップル電流率の測定データの前に＊印が付してあるものが、各運転条件における最小のリップル電流率である。このように、力率、変調度によって、リップル電流率が最小となる方式が異なるため、力率及び／又は変調度に応じてリップル電流率が最小となるスイッチング方式へ切り替えを行うことにより、リップル電流を低減することができることがわかる。
【００４５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００４６】
例えば、前記第四の実施形態では、スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定するように構成したが、図１８の表に示される力率及び変調度の各条件で最小のリップル電流率を示すスイッチング方式を全ロータ位置において選択するように構成してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の二相変調制御式インバータ装置によれば、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるので、三相交流電動機への通電が停止する期間の比率が小さく、ノイズ除去用のパワーフィルタの平滑リアクトルに溜まったインダクタンスエネルギ等によって発生するリップル電流を確実に低減することができる。これにより、小型のパワーフィルタを用いることが可能となり、インバータ装置全体の体格を小型化することができる。特に、少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるので、パワーフィルタのインダクタンスエネルギによって発生するリップル電流の低減に加えて、三相交流電動機のコイルに溜まったエネルギによって発生するリップル電流をも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である二相変調式インバータ装置の電気的回路構成を示す回路図である。
【図２】 基本電圧ベクトルを示す図である。
【図３】 （ａ）は６０度電圧ベクトル方式を表すベクトル図、（ｂ）は（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターン図、（ｃ）は６０度電圧ベクトル方式におけるＵ相、Ｖ相の通電タイミングとリップル電流波形との関係を示す図である。
【図４】 （ａ）は１２０度電圧ベクトル方式を表すベクトル図、（ｂ）は（ａ）のベクトル図に対応する１ＰＷＭ周期における各相のスイッチングパターン図、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式におけるＵ相、Ｖ相の通電タイミングとリップル電流波形との関係を示す図である。
【図５】 １２０度位相差電圧ベクトルの生成方法を説明する図である。
【図６】 １２０度位相差電圧ベクトル方式（本方式）によるリップル電流率と６０度位相差電圧ベクトル方式（従来方式）によるリップル電流率とを比較して示すグラフである。
【図７】 第二の実施形態における電圧ベクトル方式の切り替えを説明するための図であり、各スイッチング方式におけるリップル電流率の変化を示すグラフである。
【図８】 第二の実施形態における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替え方法を説明する図である。
【図９】 第二の実施形態における６０度電圧ベクトルと１２０度電圧ベクトルとの切り替えを行うための具体的回路例を示す図である。
【図１０】 第二の実施形態におけるＰＷＭキャリアに対する指令値書き換えタイミング及びＣＳ書き換えタイミングを示す図である。
【図１１】 （ａ）は６０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形を、（ｂ）は１２０度電圧ベクトル方式による各相電圧の波形をそれぞれ示す図である。
【図１２】 （ａ）は二相変調▲１▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１３】 （ａ）は二相変調▲２▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１４】 （ａ）は二相変調▲３▼の変調パターンを、（ｂ）は６０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを、（ｃ）は１２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンをそれぞれ説明する図である。
【図１５】 １２０度電圧ベクトル方式における基本電圧ベクトルの選択パターンを説明する図である。
【図１６】 第三の実施形態によるスイッチング方式の切り替えを説明するための図であり、各スイッチング方式におけるリップル電流率の変化を示すグラフである。
【図１７】 第四の実施形態によるスイッチング方式の切り替えを説明するための図であり、（ａ）は力率１、（ｂ）は力率０．９、（ｃ）は力率０．７におけるスイッチング方式の切り替えとリップル電流率の変化とを示すグラフである。
【図１８】 力率及び変調度の各条件下において各スイッチング方式によるリップル電流率を測定した結果を示す表である。
【図１９】 リップル電流▲１▼の発生を説明する図である。
【図２０】 リップル電流▲２▼の発生を説明する図である。
【符号の説明】
１…二相変調制御式インバータ装置、２…電圧型インバータ回路（三相インバータ回路）、２ｕ，２ｖ，２ｗ，２ｘ，２ｙ，２ｚ…スイッチング素子、５…インバータ制御回路（インバータ制御部）。
Claims (3)
- 三相交流電動機を駆動制御する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を所定の順序で所定期間停止し、停止相以外の二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭキャリア周期でＰＷＭ制御するインバータ制御部と、を備えた二相変調制御式インバータ装置において、
少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるものであって、
少なくとも指令電圧ベクトルを挟む１２０度位相が異なる２つの基本電圧ベクトルを含む電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式と、指令電圧ベクトルを挟む６０度以内の基本電圧ベクトルと大きさを持たない零電圧ベクトルを合成して三相ＰＷＭ電圧を発生させるスイッチング方式とを、ロータ位置に応じて切り替えるように構成したように構成したことを特徴とする二相変調制御式インバータ装置。 - スイッチング停止相の切り替えを略１２０度ごとに行うパターンと、略６０度ごとに行うパターンと、略３０度ごとに行うパターンとをロータ位置に応じて切り替えるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の二相変調制御式インバータ装置。
- 前記スイッチング方式の切り替えが行われるロータ位置を、力率及び／又は変調度に応じて設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の二相変調制御式インバータ装置。
Priority Applications (1)
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