JP4581508B2

JP4581508B2 - 電圧形インバータの制御装置

Info

Publication number: JP4581508B2
Application number: JP2004188574A
Authority: JP
Inventors: 新一樋口; 哲郎堀; 宏一田島; 新一石井
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP2006014501A

Description

この発明は、所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して電動機などの負荷に供給する電圧形インバータの制御装置に関わり、特に、そのデッドタイムによる電圧降下分の補償に関する。

図１６は、この種の電圧形インバータの従来例を示す回路構成図であり、この電圧形インバータは整流電源などから得られる直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を３相ブリッジ接続してなるインバータ主回路にて、外部からの３相交流電圧指令値をパルス幅変調制御しつつ所望の周波数，振幅の交流電圧に変換する電力変換装置１と制御装置２とからなり、変換された交流電圧を負荷としての電動機１００に供給している。

この制御装置２には、例えば電動機１００をベクトル制御するための一次周波数指令値（ω₁ ^*）と回転座標系のｄ軸，ｑ軸成分電圧指令値（ｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*）とを生成する指令値生成手段３と、前記ω₁ ^*を時間積分した位相角指令値（θ^*）を生成する積分器４と、この位相角指令値θ^*に基づいて前記電圧指令値（ｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*）を静止座標系の３相電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）に変換する座標変換器５と、この３相電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）と後述の３相補償電圧値（ｖ_UC，ｖ_VC，ｖ_WC）とを加算演算し新たな３相電圧指令値として電力変換装置１へ出力する指令値演算器６と、電力変換装置１から電動機１００に流れる３相交流電流を３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）として出力する電流検出器７と、この３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）から電力変換装置１におけるパルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償するためにそれぞれの前記検出値の極性検出を行い、得られた極性に基づく前記３相補償電圧値（ｖ_UC，ｖ_VC，ｖ_WC）を出力する補償電圧演算器８と、上述の電動機１００をベクトル制御する際などに使用するために前記位相角指令値（θ^*）に基づいて前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）を回転座標系のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）に変換する座標変換器９とから構成されている。なお、これらの構成要素は周知の技術により形成されている。
特開２００４−１１２８７９号公報（第３頁，第１図）

図１６に示した従来の電圧形インバータにおいては、電流検出器７から得られる３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）から電力変換装置１におけるパルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償するために、それぞれの前記検出値の極性検出を行い、得られた極性に基づく前記３相補償電圧値（ｖ_UC，ｖ_VC，ｖ_WC）と前記３相電圧指令値（ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*）とを加算演算した値を新たな３相電圧指令値として電力変換装置１へ入力しているが、前記極性検出の際に電流波形に含まれる零クロス歪みに起因して、電動機１００の低速域での回転ムラが増大し、また、電動機１００のトルク電流制御の安定性が損なわれるという問題点があり、例えば上記特許文献１に記載されている対策方法では、前記電流検出値とその電流指令値それぞれの極性値とから前記３相補償電圧値を得るようにしている。

この発明の目的は上記問題点を解消するとともに、前記電動機の始動時や加減速時，負荷変動時にも好適な前記３相補償電圧値を得ることができる電圧形インバータの制御装置を提供することにある。

この第１の発明は、所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、前記演算された３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする。

第２の発明は前記電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、前記第１の３相交流電流検出値と対応する前記第２の３相交流電流検出値との位相差に基づいて選択指令を出力する第１位相差判別器と、前記選択指令に基づいて、前記第１又は第２の３相補償電圧値の何れか１組を選択し第３の３相補償電圧値として出力する補償電圧切替器と、前記第３の３相相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする。

第３の発明は前記電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値と対応する前記第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値との位相差に基づいて選択指令を出力する第２位相差判別器と、前記選択指令に基づいて、前記第１の３相補償電圧値または前記第２の補償電圧値の何れか１組を選択し第３の３相補償電圧値として出力する補償電圧切替器と、前記第３の３相相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする。

第４の発明は前記電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、前記選出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、前記第１の３相補償電圧値と対応する前記第２の３相補償電圧値とに対して、所定の重み付けをした配分値を設定する重み配分設定器と、前記重み配分されたそれぞれの３相補償電圧値を加算演算する補償値演算器と、前記加算演算された第４の３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする。

第５の発明は前記電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値と対応する前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値とに対して、所定の重み付けをした配分値を設定する重み配分設定器と、前記重み配分されたそれぞれのｄ軸，ｑ軸電流検出値を加算演算する加算演算器と、前記加算された第３のｄ軸、ｑ軸電流検出値を静止座標系の第３の３相交流電流検出値に変換する第３座標変換器と、前記第３の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する３相補償電圧値を演算する第３補償電圧演算器と、前記演算された３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする。

第６の発明は前記第４の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記第１の３相交流電流検出値それぞれの瞬時値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする。

第７の発明は前記第５の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値から得られる振幅値にフィルタを介した値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする。

第８の発明は前記第４，第５の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記周波数指令値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする。

第９の発明は前記第４，第５の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記電圧指令値の振幅値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする。

第１０の発明は前記第１〜第９の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記制御装置に、前記第１フィルタ回路のフィルタ時定数を前記周波数指令値の逆数値に対応して変化させる時定数指令器を付加したことを特徴とする。

第１１の発明は前記第１〜第９の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記第１フィルタ回路に、該フィルタの初期出力値を前記電圧指令値に基づいて設定する機能を付加したことを特徴とする。

第1２の発明は前記第１〜第９の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記制御装置に、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値からその振幅値を得る振幅値演算器と、得られた振幅値を通過させる第２フィルタ回路と、このフィルタを介した振幅値に基づいて前記指令値演算器に入力される前記３相補償電圧それぞれの振幅を制限する電圧制限器とを付加したことを特徴とする。

第１３の発明は前記第１２の発明の電圧形インバータの制御装置において、
前記第２フィルタ回路に、該フィルタの初期出力値を前記３相補償電圧の振幅制限値に基づいて設定する機能を付加したことを特徴とする。

この発明によれば、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する３相補償電圧値を電流検出器から得られる３相交流電流検出値にフィルタを介した３相交流電流検出値から導出することにより、電流波形の零クロス歪みを低減することができるので前記負荷としての電動機の回転ムラなどが軽減され、また、前記電流検出器により得られる３相交流電流検出値から直接導出した３相補償電圧値と前記フィルタを介した３相交流電流検出値から得られる３相補償電圧値の両者を切替えまたは併用することにより、さらに前記フィルタの時定数を可変にすることにより、前記電動機の始動時や加減速時，負荷変動時にも好適な制御を行うことができる。

図１は、この発明の第１の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図１６に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置１０とから形成され、この制御装置１０には指令値生成手段３，積分器４，座標変換器５，指令値演算器６，電流検出器７，座標変換器９の他に、フィルタ回路１１と時定数指令器１２と座標変換器１３と補償電圧演算器１４と振幅値演算器１５とフィルタ回路１６と電圧制限器１７とを備えている。

以下に、フィルタ回路１１，時定数指令器１２，座標変換器１３，補償電圧演算器１４，振幅値演算器１５，フィルタ回路１６，電圧制限器１７それぞれの動作を中心に、図１に示した制御装置１０の動作を説明する。

電力変換装置１におけるパルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償するために、先ず、電流検出器７からの第１の３相電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に対して、座標変換器９により座標変換した第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）を導出するとともに、それぞれの検出値に対して、例えば一次遅れ回路形式のフィルタ回路１１を構成するそれぞれのフィルタを通過させることにより、前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）を得ている。ここで、時定数指令器１２では指令値生成手段３から出力される前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）の逆数値に対応した値を出力し、この値に基づいて前記フィルタ回路１１のそれぞれのフィルタ時定数を変えることにより、前記第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）の波形の零クロス歪みを、電動機１００のトルク電流制御特性を損なうこと無く、軽減することができる。

次に、前記第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）に対して、座標変換器１３により、先述の位相角指令値θ^*に基づいて静止座標系の第２の３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に変換し、この３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に対して、補償電圧演算器１４ではそれぞれの検出値の極性検出を行い、得られた極性に基づき、前記インバータ主回路の入力直流電圧と前記パルス幅変調制御の際のキャリア周波数と前記デッドタイムとに対応した３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を出力している。このとき、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）の振幅値を振幅値演算器１５で求め、求めた振幅値をフィルタ時定数４００ｍＳ程度の、例えば一次遅れ回路形式のフィルタ回路１６を通過させることにより、前記振幅値に含まれるノイズ分を除去し、このノイズ分を除去した振幅値に対応して指令値演算器６に入力される前記３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）それぞれの振幅を制限する電圧制限器１７を介することにより、電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流の小さい領域、例えば、定格電流の２０％以下の領域では、図１に示した如き値以下に前記３相補償電圧値の振幅を制限することで、前記３相交流電流の小さい領域での電流波形に含まれる零クロス歪みによる悪影響をより軽減でき、その結果、電動機１００のトルク電流制御を、全電流領域に渡って、より安定に行うことができる。

なお、図１に示した電圧形インバータの制御装置１０の回路構成図において、電動機１００の始動時に、フィルタ回路１１を形成するそれぞれのフィルタの初期出力値をこの始動時の前記ｄ軸，ｑ軸電圧指令値（ｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*）に対応した値とし、また、フィルタ回路１６の初期出力値を電圧制限器１７の図示の一定制限値の値にすることにより、電動機１００を滑らかに始動させることができる。

図２は、この発明の第２の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図１に示した第１の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図２に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置２０とから形成され、この制御装置２０には指令値生成手段３，積分器４，座標変換器５，指令値演算器６，電流検出器７，座標変換器９，フィルタ回路１１，時定数指令器１２，座標変換器１３，補償電圧演算器１４，振幅値演算器１５，フィルタ回路１６，電圧制限器１７の他に補償電圧演算器２１と位相差判別器２２と補償電圧切替器２３とを備えている。

この補償電圧演算器２１では、前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に対して、それぞれの検出値の極性検出を行い、得られた極性に基づき、前記インバータ主回路の入力直流電圧と前記パルス幅変調制御の際のキャリア周波数と前記デッドタイムとに対応した前記３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）を出力している。また、位相差判別器２２では前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）と対応する前記３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）それぞれとの位相差を監視し、これらの位相が、例えば電気角で３°以上になったときに指令値演算器６へ出力する３相補償電圧値を前記３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）から前記３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）へ切り替える選択指令を補償電圧切替器２３に送出している。その結果、電動機１００の動作が定常状態では、リプル分が除去された前記３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を用いることにより、電動機１００のトルク電流制御におけるリプルをより少なくでき、また、電動機１００の加減速時，負荷変動時など電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が急変するときには、前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）を用いることにより、前記デッドタイムによる電圧降下分の補償を遅延無く行うことができる。

図３は、この発明の第３の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図２に示した第２の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図３に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置３０とから形成され、この制御装置３０が図２に示した制御装置２０と異なる箇所は、位相差判別器２２に代えて、位相差判別器３１を備えていることである。

この位相差判別器３１では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）と対応する前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）それぞれとの位相差を監視し、これらの位相が、例えば電気角で３°以上になったときに、指令値演算器６へ出力する３相補償電圧値を前記第２の３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）から前記第１の３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）へ切り替える選択指令を補償電圧切替器２３に送出している。その結果、電動機１００の動作が定常状態では、リプル分が除去された前記３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を用いることにより、電動機１００のトルク電流制御におけるリプルをより少なくでき、また、電動機１００の加減速時，負荷変動時など電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が急変するときには、前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）を用いることにより、前記デッドタイムによる電圧降下分の補償を遅延無く行うことができる。

なお、図２，図３に示した実施例回路において、位相差判別器２２及び位相差判別器３１で判別する位相差が上述の如く電気角で３°以下のときには、その電流ベクトルの差が５％（すなわち、ｓｉｎ３°≒０．０５）以下となり、フィルタ回路１１による遅延がない状態と判断することができる。

図４は、この発明の第４の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図２に示した第２の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図４に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置４０とから形成され、この制御装置４０が図２に示した制御装置２０と異なる箇所は位相差判別器２２，補償電圧切替器２３に代えて、重み配分設定器４１と補償値演算器４２とを備えていることである。

この重み配分設定器４１は配分値演算部４１ａと６組の乗算演算部とから形成され、図５は配分値演算部４１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部４１ａでは前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）それぞれの瞬時値に対応して、前記ｉ_Uにおいて、例えばその定格電流値に対する６〜７％以下の瞬時値の領域では、対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力するようにしている。

すなわち、前記それぞれの瞬時値が６〜７％を越えた領域では前記補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）が補償値演算器４２から出力され、また、前記それぞれの瞬時値が零に近づくに従って前記３相補償電圧値（ｖ_UC1F，ｖ_VC1F，ｖ_WC1F）が補償値演算器４２から出力される割合が多くなり、その結果、電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が小さい領域では、リプル分が除去された前記第２の３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を用いることにより、電動機１００のトルク電流制御におけるリプルをより少なくでき、また、電動機１００の加減速時，負荷変動時など電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が大きく且つ急変するときには、前記３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）を用いることにより、前記デッドタイムによる電圧降下分の補償を遅延無く行うことができる。

図６は、この発明の第５の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図４に示した第４の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図６に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置５０とから形成され、この制御装置５０が図４に示した制御装置４０と異なる箇所は、重み配分設定器４１に代えて重み配分設定器５１を備えていることである。

この重み配分設定器５１は配分値演算部５１ａと６組の乗算演算部とから形成され、図７は配分値演算部５１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部５１ａでは前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）に対応して、例えば、その定格周波数値に対する２０％以下の領域では前記３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力し、また、前記２０〜４０％の領域では対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力し、さらに、前記４０％を越える領域では前記３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力するようにしている。

その結果、前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）が比較的小さい領域、すなわち、電動機１００の回転速度が小さい領域では、リプル分が除去された前記３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を用いることにより、電動機１００の回転ムラをより少なくできる。

図８は、この発明の第６の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図４に示した第４の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図８に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置６０とから形成され、この制御装置６０が図４に示した制御装置４０と異なる箇所は、重み配分設定器４１に代えて重み配分設定器６１を備えていることである。

この重み配分設定器６１は配分値演算部６１ａと６組の乗算演算部とから形成され、図９は配分値演算部６１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部６１ａでは、先ず、前記ｄ軸，ｑ軸成分電圧指令値（ｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*）から電動機１００の一次電圧の振幅値を求め、次に、求めた振幅値に対応して、例えば、その定格電圧値に対する２０％以下の領域では前記３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力し、また、前記２０〜４０％の領域では対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力し、さらに、前記４０％を越える領域では前記３相補償電圧値（ｖ_UC1，ｖ_VC1，ｖ_WC1）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力するようにしている。

その結果、前記一次電圧の振幅値が比較的小さい領域、すなわち、電動機１００の回転速度が小さい領域では、リプル分が除去された前記３相交流電流検出値（ｉ_UF，ｉ_VF，ｉ_WF）に基づく３相補償電圧値（ｖ_UC2，ｖ_VC2，ｖ_WC2）を用いることにより、電動機１００の回転ムラをより少なくできる。

図１０は、この発明の第７の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図１に示した第１の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１０に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置７０とから形成され、この制御装置７０が図１に示した制御装置１０と異なる箇所は座標変換器１３，補償電圧演算器１４に代えて、重み配分設定器７１と加算演算器７２と座標座標変換器７３と補償電圧演算器７４とを備えていることである。

この重み配分設定器７１は配分値演算部７１ａと４組の乗算演算部とから形成され、図１１は配分値演算部７１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部７１ａでは、前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）に振幅値演算器１５とフィルタ回路１６とを介することにより導出された電動機１００への３相交流電流のノイズ分を除去した振幅値に対応して、例えば、その定格電流値に対する２０％以下の領域では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力し、また、前記２０〜４０％の領域では対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力し、さらに、前記４０％を越える領域では、前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｖ_1q）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力するようにしている。

従って、加算演算器７２で得られる上述の重み配分された第３のｄ軸，ｑ軸電流検出値が入力される座標変換器７３では、前記位相角指令値（θ^*）に基づいて静止座標系の第３の３相交流電流検出値に変換し、電圧補償値演算器７４では前記第３の３相交流電流検出値それぞれの検出値の極性検出を行い、得られた極性に基づき、前記インバータ主回路の入力直流電圧と前記パルス幅変調制御の際のキャリア周波数と前記デッドタイムとに対応した３相補償電圧値（ｖ_UC4，ｖ_VC4，ｖ_WC4）を出力している。

その結果、電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が小さい領域では、リプル分が除去された前記第３の３相交流電流検出値に基づく３相補償電圧値を用いることにより、電動機１００のトルク電流制御におけるリプルをより少なくでき、また、電動機１００の加減速時，負荷変動時など電力変換装置１から電動機１００への３相交流電流が大きく且つ急変するときには、電流検出器７からの３相交流電流検出値（ｉ_U，ｉ_V，ｉ_W）に直接対応した３相補償電圧値を用いることになり、前記デッドタイムによる電圧降下分の補償を遅延無く行うことができる。

図１２は、この発明の第８の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図１０に示した第７の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１２に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置８０とから形成され、この制御装置８０が図１０に示した制御装置７０と異なる箇所は、重み配分設定器７１に代えて重み配分設定器８１を備えていることである。

この重み配分設定器８１は配分値演算部８１ａと４組の乗算演算部とから形成され、図１３は配分値演算部８１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部８１ａでは前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）に対応して、例えば、その定格周波数値に対する２０％以下の領域では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力し、また、前記２０〜４０％の領域では対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力し、さらに、前記４０％を越える領域では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力するようにしている。

その結果、前記一次周波数指令値（ω₁ ^*）が比較的小さい領域、すなわち、電動機１００の回転速度が小さい領域では、リプル分が除去された前記第３の３相交流電流検出値に基づく３相補償電圧値を用いることにより、該電動機の回転ムラをより少なくできる。

図１４は、この発明の第９の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図であり、図１０に示した第７の実施例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図１４に示した電圧形インバータは電力変換装置１と制御装置９０とから形成され、この制御装置９０が図１０に示した制御装置７０と異なる箇所は、重み配分設定器７１に代えて重み配分設定器９１を備えていることである。

この重み配分設定器９１は配分値演算部９１ａと４組の乗算演算部とから形成され、図１５は配分値演算部９１ａの詳細回路構成図であり、この配分値演算部９１ａでは、先ず、前記ｄ軸，ｑ軸成分電圧指令値（ｖ_1d ^*，ｖ_1q ^*）から電動機１００の一次電圧の振幅値を求め、次に、求めた振幅値に対応して、例えば、その定格電圧値に対する２０％以下の領域では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1dF，ｉ_1qF）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力し、また、前記２０〜４０％の領域では対応するそれぞれの前記乗算演算部に加重平均に対応する値を出力し、さらに、前記４０％を越える領域では前記ｄ軸，ｑ軸電流検出値（ｉ_1d，ｉ_1q）側に対応する前記乗算演算部に「１．０」を出力するようにしている。

その結果、前記一次電圧の振幅値が比較的小さい領域、すなわち、電動機１００の回転速度が小さい領域では、リプル分が除去された前記第３の交流電流検出値に基づく３相補償電圧値を用いることにより、電動機１００の回転ムラをより少なくできる。

この発明の第１の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図この発明の第２の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図この発明の第３の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図この発明の第４の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図４の部分詳細回路構成図この発明の第５の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図６の部分詳細回路構成図この発明の第６の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図８の部分詳細回路構成図この発明の第７の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図１０の部分詳細回路構成図この発明の第８の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図１２の部分詳細回路構成図この発明の第９の実施例を示す電圧形インバータの回路構成図図１４の部分詳細回路構成図従来例を示す電圧形インバータの回路構成図

符号の説明

１…電力変換装置、２…制御装置、３…指令値生成手段、４…積分器、５…座標変換器、６…指令値演算器、７…電流検出器、８…補償電圧演算器、９…座標変換器、１０…制御装置、１１…フィルタ回路、１２…時定数指令器、１３…座標変換器、１４…補償電圧演算器、１５…振幅値演算器、１６…フィルタ回路、１７…電圧制限器、２０…制御装置、２１…補償電圧演算器、２２…位相差判別器、２３…補償電圧切替器、３０…制御装置、３１…位相差判別器、４０…制御装置、４１…重み配分設定器、４２…補償値演算器、５０…制御装置、５１…重み配分設定器、６０…制御装置、６１…重み配分設定器、７０…制御装置、７１…重み配分設定器、７２…加算演算器、７３…座標変換器、７４…補償電圧演算器、８０…制御装置、８１…重み配分設定器、９０…制御装置、９１…重み配分設定器、１００…電動機。

Claims

所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、
前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、
前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、
前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、
前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、
前記演算された３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、
前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、
前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、
前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、
前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、
前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、
前記第１の３相交流電流検出値と対応する前記第２の３相交流電流検出値との位相差に基づいて選択指令を出力する第１位相差判別器と、
前記選択指令に基づいて、前記第１又は第２の３相補償電圧値の何れか１組を選択し第３の３相補償電圧値として出力する補償電圧切替器と、
前記第３の３相相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、
前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、
前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、
前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、
前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、
前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、
前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値と対応する前記第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値との位相差に基づいて選択指令を出力する第２位相差判別器と、
前記選択指令に基づいて、前記第１の３相補償電圧値または前記第２の補償電圧値の何れか１組を選択し第３の３相補償電圧値として出力する補償電圧切替器と、
前記第３の３相相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、
前記選出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、
前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、
前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値を静止座標系の第２の３相交流電流検出値に変換する第２座標変換器と、
前記第１の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第１の３相補償電圧値を演算する第１補償電圧演算器と、
前記第２の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する第２の３相補償電圧値を演算する第２補償電圧演算器と、
前記第１の３相補償電圧値と対応する前記第２の３相補償電圧値とに対して、所定の重み付けをした配分値を設定する重み配分設定器と、
前記重み配分されたそれぞれの３相補償電圧値を加算演算する補償値演算器と、
前記加算演算された第４の３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
所定の周波数指令値と電圧指令値とから生成される３相交流電圧指令値に基づいて、パルス幅変調制御された３相交流電圧を出力して負荷に供給する電圧形インバータの制御装置において、
前記負荷に流れる３相交流電流を検出する電流検出器と、
前記検出された第１の３相交流電流検出値を回転座標系の２軸成分（ｄ軸，ｑ軸）に変換する第１座標変換器と、
前記変換された第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値それぞれのリプル分を除去する第１フィルタ回路と、
前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値と対応する前記リプル分が除去された第２のｄ軸，ｑ軸電流検出値とに対して、所定の重み付けをした配分値を設定する重み配分設定器と、
前記重み配分されたそれぞれのｄ軸，ｑ軸電流検出値を加算演算する加算演算器と、
前記加算された第３のｄ軸、ｑ軸電流検出値を静止座標系の第３の３相交流電流検出値に変換する第３座標変換器と、
前記第３の３相交流電流検出値を基に、前記パルス幅変調制御の際のデッドタイムによる電圧降下分を補償する３相補償電圧値を演算する第３補償電圧演算器と、
前記演算された３相補償電圧値と前記３相交流電圧指令値とを加算演算し、この加算した値を新たな３相交流電圧指令値として出力する指令値演算器とを備えたことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項４に記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記第１の３相交流電流検出値それぞれの瞬時値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項５に記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値から得られる振幅値にフィルタを介した値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項４又は請求項５に記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記周波数指令値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項４又は請求項５に記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記重み配分設定器は、前記電圧指令値の振幅値に基づいて前記配分値を設定することを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記制御装置に、前記第１フィルタ回路のフィルタ時定数を前記周波数指令値の逆数値に対応して変化させる時定数指令器を付加したことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記第１フィルタ回路に、該フィルタの初期出力値を前記電圧指令値に基づいて設定する機能を付加したことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記制御装置に、前記第１のｄ軸，ｑ軸電流検出値からその振幅値を得る振幅値演算器と、得られた振幅値を通過させる第２フィルタ回路と、このフィルタを介した振幅値に基づいて前記指令値演算器に入力される前記３相補償電圧それぞれの振幅を制限する電圧制限器とを付加したことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。
請求項１２に記載の電圧形インバータの制御装置において、
前記第２フィルタ回路に、該フィルタの初期出力値を前記３相補償電圧の振幅制限値に基づいて設定する機能を付加したことを特徴とする電圧形インバータの制御装置。