JP6189720B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の系のインバータ制御装置を並列接続して運転するインバータ制御装置に関する。

複数の系のインバータ制御装置を並列接続して運転するインバータ制御装置において、各系間の三角波キャリア信号の位相を同期させるために、各インバータの運転時に各インバータの三角波キャリア信号の位相を合わせる手段として、一つの系のインバータの三角波キャリア信号の位相を位相基準にして、他の系の三角波キャリア信号の位相と位相基準となる三角波キャリア信号の位相との差分を取り、この差分を零にする残りの系の三角波キャリア信号の位相を変更する手段を備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１３４８３４号公報

しかしながら、特許文献１のインバータ制御装置では、並列接続された一つの系の三角波キャリア信号を位相基準にして、他の系の三角波キャリア信号の位相との差分をとるため、三角波キャリア信号の周期毎に差分をとるための演算負荷が大きい。

本発明の目的は、三角波キャリア信号の位相差が零になるようにキャリア同期させるための演算負荷を小さくしたインバータ制御装置を提供することにある。

開示するインバータ制御装置は、複数の系のインバータ制御装置を並列に運転する。インバータ制御装置は、インバータ制御装置の電源電圧波形を基準としてインバータ制御装置のキャリア波形の遅延時間を計測する遅延時間計測部と、電源電圧波形の、遅延時間を計測した次の周期で、遅延時間計測部が検出した遅延時間を基にキャリア波形の周期毎の位相補正量であるに周期毎補正量を演算する補正量算出部と、電源電圧波形のさらに次の周期で、キャリア波形の周期毎に、補正量算出部が算出した周期毎補正量を用いてキャリア波形をずらす補正実行部とを設けている。

本発明のインバータ制御装置によれば、キャリア波形の周期毎に差分演算する必要がないので、演算負荷を軽くすることができる。

インバータ制御装置の概略構成図である。 電源電圧波形とキャリア波形信号の関係を示す波形図である。 図２に示した波形図の要部拡大図である。 キャリア同期処理を示すフローチャートである。

図１は、本実施形態のインバータ制御装置の概略構成図である。電源として利用する三相交流電源１には、Ａ系インバータ制御装置２とＢ系インバータ制御装置３とが並列接続されており、両者は同一構成であるので、ここではＡ系インバータ制御装置２について説明する。Ａ系インバータ制御装置２やＢ系インバータ制御装置３をインバータ制御装置と呼ぶ。

Ａ系インバータ制御装置２は、三相交流電源１のフィルタとして利用されるリアクトル４、リアクトル４から出力された電流を検出するコンバータ側電流検出器５、三相交流を直流に変換するコンバータ６、コンバータ６で変換した直流電圧を平滑する平滑コンデンサ７、平滑された直流電圧を、所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するインバータ８、インバータ８から出力された電流を検出するインバータ側電流検出器９、リアクトル１０、コンバータ６側を制御するコンバータ側制御回路１１、及び、インバータ８側を制御するインバータ側制御回路１２を有している。

コンバータ側制御回路１１は、コンバータ６側の電圧を制御する電圧制御回路１３、コンバータ側電流検出器５と電圧制御回路１３から出力された信号で電流制御するＡＣＲ（Automatic Current Regulator：自動電流制御器）１４、ＡＣＲ１４より出力された信号に基づいてコンバータ６を制御する信号（三角波キャリア信号）を出力する三角波制御回路（ＰＷＭ制御回路）１５、及び、三角波制御回路１５から出力された信号（三角波キャリア信号）をコンバータ６へ出力するゲート駆動回路１６を備えている。

インバータ側制御回路１２は、エンコーダ１７より出力された信号を入力する速度制御回路１８、電流検出器９と速度制御回路１８から出力された信号で電流制御するインバータ側のＡＣＲ１９、ＡＣＲ１９より出力された信号に基づいてインバータ８を制御する信号（三角波キャリア信号）を出力するインバータ側の三角波制御回路（ＰＷＭ制御回路）２０、及び、三角波制御回路２０から出力された信号（三角波キャリア信号）をインバータ８へ出力するゲート駆動回路２１を備えている。

Ａ系インバータ制御装置２のインバータ８および同様の構成のＢ系インバータ制御装置３のインバータの出力によって回転する電動機２２には、エレベータ巻上機２３が直結され、エレベータ巻上機２３の駆動によって、乗りかご２４とつり合いおもり２５とが昇降駆動される。電動機２２の回転速度は、上述したエンコーダ１７によって検出される。

三相交流電源１より入力された交流電力は、並列接続されている２台のインバータ制御装置２、３に分けられる。Ａ系インバータ制御装置２では、交流電力を直流電力に変換するコンバータ６が整流し、整流した直流電圧をコンデンサ７で平滑し、一定電圧の直流電力に変換する。平滑された直流電力は、所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するインバータ８で交流電力に変換され、インバータ８から出力された交流電力をもとにリアクトル１０を介して電動機２２が回転する。この電動機２２の回転により、エレベータ巻上機２３が回転し、乗りかご２４が上下方向に駆動される。電動機２２は、多重巻き線（図１では二重巻き線）電動機であり、各系のインバータ制御装置から出力される電圧波形に位相差があると、インバータ制御装置２、３の効率が低下するので、各系のインバータ制御装置の間で同期が必要となる。この同期は、各系のインバータの三角波キャリア信号の同期（キャリア同期）で保証される。

コンバータ６側では、三相交流電源１の交流電力の電流値を電流検出器５で検出し、検出した電流値をコンバータ側のＡＣＲ１４に出力する。また、電圧制御回路１３は、三相交流電源１の交流電圧（後述するように、交流電源の電圧波形を三角波制御回路１５で用いるので、交流電圧そのものを入力する必要はない。）と、平滑コンデンサ７での直流電圧の値を入力し、電圧制御回路１３への入力はＡＣＲ１４へ出力され、ＡＣＲ１４で、電流検出器５からの信号（電流値）と併せて三角波制御回路１５に出力される。三角波制御回路１５では、入力された各信号を基に、三角波キャリア信号を生成し、三角波制御回路１５で生成された三角波キャリア信号で、コンバータ６を構成するそれぞれのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を制御している。

一方、インバータ側では、インバータ８で変換された交流電力の電流値をインバータ側の電流検出器９が検出し、検出した電流値をＡＣＲ１９へ出力する。また、インバータ８の出力によって回転する電動機２２の速度を検出するエンコーダ１７から出力された信号は速度制御回路１８へ出力され、ＡＣＲ１９で電流検出器９からの信号と併せて三角波制御回路２０に出力され、三角波制御回路２０では、入力された各信号を基に、三角波キャリア信号を生成し、三角波制御回路２０で生成された三角波キャリア信号で、ゲート駆動回路２１を制御している。なお、図示を省略しているが、三相交流電源１の交流電圧（後述するように、交流電源の電圧波形を三角波制御回路２０で用いるので、交流電圧そのものを入力する必要はない。）もＡＣＲ１９へ入力され、三角波制御回路２０に出力される。

次に、Ａ系インバータ制御装置２のコンバータ６と、Ｂ系インバータ制御装置３のコンバータとの間でキャリア同期を行うための補正方法について説明する。

各系のコンバータ間で三角波キャリア信号(以下、単にキャリア信号)の位相を合わせるために、電源電圧位相を基準として各系のインバータ制御装置２，３のキャリア信号の位相の遅延時間を計測し、電源電圧の次の周期で、キャリア信号の周期毎に遅延時間が均等になる補正量を演算し、電源電圧のその次の周期で三角波キャリア信号の位相を、その周期毎に分散してずらすように構成する。

図２は、電源電圧波形２６とＡ系インバータ制御装置２のキャリア信号の波形（以下、キャリア波形）２７との関係を示す波形図である。キャリア信号の同期を行うために、図２の要部２８の拡大図である図３に示すように、電源電圧波形２６における零点を基準にして、キャリア波形２７のずれである遅延時間Ｔαを計測する。次いで、図２に示すように電源電圧波形２６の１周期Ｔ１で、キャリア波形２７の山状ピークの数（n：キャリア波形の周期数）をカウントする。

次に、図２に示すように電源電圧波形２６の次の１周期Ｔ２で、先に計測した遅延時間Ｔαを先にカウントしたキャリア信号の位相波形２７の周期数で割って、キャリア信号の周期毎に均等に分散する補正量（Ｔcom）を計算する。補正量（Ｔcom）は、Ｔcom＝（T/n-Ｔα）／（ｎ-1）により求める。ここで、Ｔは電源電圧波形の周期である。この補正量は、キャリア波形の周期毎の位相補正量であるに周期毎補正量であり、キャリア信号の１周期あたりの、電源電圧波形に同期した目標とするキャリア信号に対する位相差に相当する。電源電圧波形２６の次の１周期Ｔ３で、キャリア信号の各周期の波形に対して算出した補正量を反映させる。補正量の反映には、たとえば、キャリア信号の周期毎に、補正量に相当する時間、キャリア信号の周期を広げる遅延回路を用いる。

Ｂ系インバータ制御装置３側でも同様にキャリア同期を行うための電源電圧波形２６を基準として補正すると、Ａ系インバータ制御装置２およびＢ系インバータ制御装置３のインバータ側の三角波制御回路２０が出力するキャリア信号を同期させることになり、各系のインバータ制御装置間で三角波キャリア信号をキャリア同期させることになる。コンバータとインバータとが異なるキャリア信号の場合には、各系のコンバータ及びインバータのキャリア信号に対して電源電圧を基準として補正することで、各系のコンバータとインバータ間で三角波キャリア信号をキャリア同期させることが可能になる。

図４は、上述したキャリア同期処理を示すフローチャートである。

Ａ系インバータ制御装置２およびＢ系インバータ制御装置３を起動させる（Ｓ１）。三角波制御回路１５内の遅延時間検出部は、電源電圧波形２６における零点を基準にして、キャリア波形２７の遅延時間Ｔαを計測する（Ｓ２）。三角波制御回路１５内のキャリア周期検出部は、電源電圧波形２６の１周期Ｔ１で、三角波キャリア信号の周期数（n）を求める（Ｓ３）。

三角波制御回路１５内の補正量算出部は、電源電圧位相波形２６の次の１周期Ｔ２で、先に遅延時間検出部で計測した遅延時間Ｔαと先にキャリア周期検出部で検出したキャリア波形２７の周期数とを用いて、キャリア信号の周期毎に均等に分散する、前述の周期毎補正量を計算する（Ｓ４）。三角波制御回路１５内の補正実行部は、電源電圧位相波形２６のその後の１周期Ｔ３で、三角波キャリア信号に対して補正量算出部によって周期毎に算出した周期毎補正量を反映させる。

このような補正処理は、Ａ系インバータ制御装置２およびＢ系インバータ制御装置３を起動させるときのタイミングで行うようにしているが、その後、断続的に補正処理を実行するようにしても良い。その場合、その後に生じたずれを補正することができる。

以上説明したように本実施形態は、複数のインバータ制御装置２，３を並列に運転するインバータ制御装置において、各インバータ制御装置２，３に、電源電圧位相を基準として各インバータ制御装置の三角波キャリア信号の位相の遅延時間Ｔαを算出する遅延時間計測部と、電源電圧の次の周期Ｔ２で、遅延時間計測部で検出した遅延時間を基にキャリア波形の周期毎の位相補正量である周期毎補正量を演算する補正量算出部と、電源電圧のその後の周期Ｔ３で三角波キャリア信号の位相を補正量算出部によって算出した周期毎補正量を用いて分散してずらす補正実行部とを設けている。

このような構成によれば、並列接続された一つの系の三角波キャリア信号を位相基準にして、他の系の三角波キャリア信号の位相と差分をとる従来方式に比べて、三角波キャリア信号の周期毎に演算する必要がないので、演算負荷を軽くすることができる。

１：三相交流電源、２：Ａ系インバータ制御装置、３：Ｂ系インバータ制御装置、６：コンバータ、８：インバータ、１３：電圧制御回路、１４：ＡＣＲ、１５：三角波制御回路、２６：電源電圧波形、２７：キャリア波形。

Claims (3)

1. 複数の系のインバータ制御装置を並列に運転するインバータ制御装置において、前記インバータ制御装置は、前記インバータ制御装置の電源電圧波形を基準として前記インバータ制御装置のキャリア波形の遅延時間を計測する遅延時間計測部と、前記電源電圧波形の、前記遅延時間を計測した次の周期で、前記遅延時間計測部が検出した前記遅延時間を基に前記キャリア波形の周期毎の位相補正量であるに周期毎補正量を演算する補正量算出部と、前記電源電圧波形のさらに次の周期で、前記キャリア波形の周期毎に、前記補正量算出部が算出した前記周期毎補正量を用いて前記キャリア波形をずらす補正実行部とを設けたことを特徴とするインバータ制御装置。
2. 請求項１記載のインバータ制御装置において、前記遅延時間は前記電源電圧波形の零点から、前記キャリア波形の最初のピークまでの時間であることを特徴とするインバータ制御装置。
3. 請求項２記載のインバータ制御装置において、前記インバータ制御装置を構成するコンバータとインバータの各々において、前記遅延時間計測部、前記補正量算出部及び前記補正実行部を設けたことを特徴とするインバータ制御装置。

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