JP6304942B2 - 電力変換装置、電力変換装置の制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力変換装置の制御方法及び制御プログラムに関する。

ＰＷＭ電力変換装置の電磁騒音を低減するため、特許文献１では搬送波の周波数を時間的に変化させるＰＷＭ電力変換装置が開示されている。また、特許文献２では、搬送波周波数を乱数に応じて変更することで、ＰＷＭの高調波成分を分散してＰＷＭ高調波による電磁騒音を低減する技術が開示されている。また、特許文献３の技術では、複数の搬送波周波数を変更する際、高調波の周波数分布特性が平坦になるように各搬送波周波数の発生確率を決定する技術が開示されている。

特公平３−７９９５９号公報 特許第３１５４９６５号公報 特開２００９−３０３２８８号公報

ところで、搬送波周波数を切り替える（変更する）際には、切替（変更）前後の周波数の平均値の成分が発生することが、発明者らの試験から明らかになった。

したがって、ＰＷＭ電力変換に用いるＰＷＭ信号の搬送波周波数の影響を低減するために、複数の搬送波周波数を切り替えて用いた場合には、切替回数が多くなるほど平均周波数の成分が大きくなり、狙った通りの周波数スペクトル分布を実現できず、機械共振を回避するのが困難となり得る。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、選択した搬送波周波数選択範囲で任意の周波数分布特性が設計でき、電磁騒音を低減可能な電力変換装置、電力変換装置の制御方法及び制御プログラムを提供することを目的とする。

実施形態の電力変換装置の乱数発生部は、搬送周波数の発生継続時間をランダムにするために用いる乱数を発生させ、変移判定部は、乱数発生部が発生した乱数と所定の変移確率値に基づき、搬送波周波数を変移させるか否かを判定する。
周波数選択部は、変移判定部が変移しないと判定すると第１の搬送周波数を維持し、変移すると判定すると第１の搬送周波数から第２の搬送周波数に変移させる。
搬送波発生部は、周波数選択部が選択した第１の搬送周波数または第２の搬送周波数を用いて搬送波を発生させる。
これにより、ＰＷＭ信号発生部は、搬送波発生部が発生した搬送波を用いてＰＷＭ信号を発生し、電力変換部は、ＰＷＭ信号発生部が発生したＰＷＭ信号を用いて電力変換を行う。

図１は、第１実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。 図２は、継続判定部の概要構成ブロック図である。 図３は、第１実施形態のタイミングチャートである。 図４は、搬送周波数の切替状態の説明図である。 図５は、搬送波周波数と高調波成分との関係説明図である。 図６は、第１実施形態の変形例の説明図である。 図７は、第２実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。 図８は、第２実施形態のタイミングチャートである。 図９は、第２実施形態の動作説明図である。 図１０は、第２実施形態の効果の説明図である。 図１１は、第３実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。 図１２は、機械特性判定において負荷に流す電流の一例の説明図である。 図１３は、機械特性判定における負荷の騒音特性の説明図である。 図１４は、機械特性と設定される搬送波周波数との関係説明図である。 図１５は、機械特性と設定される搬送波周波数との他の関係説明図である。 図１６は、第１変形例の概要構成説明図である。

次に図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。
ＰＷＭ電力変換装置１０は、大別すると、直流電源１１からの入力直流電圧を降圧して駆動電圧として負荷１２に出力する電力変換部として機能する降圧チョッパ１３と、搬送波周波数を演算して搬送波周波数信号を出力する搬送波周波数演算部１４と、搬送波周波数信号に相当する搬送波周波数を有する搬送波信号を発生する搬送波信号発生部１５と、出力電圧指令信号を生成し、出力する出力電圧指令生成部１６と、入力された搬送波信号及び出力電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を降圧チョッパ１３に出力するＰＷＭ信号発生部１７と、を備えている。
上記構成において、搬送波周波数演算部１４、搬送波信号発生部１５、出力電圧指令生成部１６及びＰＷＭ信号発生部１７は、ＰＷＭ電力変換を制御する制御部１８を構成している。

搬送波周波数演算部１４は、乱数を発生する乱数発生部２１と、入力された乱数の値に基づいて継続期間（継続時間）を決定し、継続期間データ（継続時間データ）を出力する継続期間決定部２２と、入力された継続期間データに基づいて継続判定を行い、周波数選択信号を出力する継続判定部２３と、周波数選択信号に基づいて、搬送波周波数として設定可能な周波数のうち最も周波数の高い最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは搬送波周波数として設定可能な周波数のうち最も周波数の低い最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれか一方を搬送波周波数信号として出力する周波数選択部２４と、を備えている。

図２は、継続判定部の概要構成ブロック図である。
継続判定部２３は、継続期間データ及びカウントデータが入力され、継続期間データの値及びカウントデータの値が一致したか否かを判別して、比較結果信号を出力する比較器３１と、比較結果信号が一致を表す場合にリセットされ、比較結果信号が不一致の状態でカウント値を増加してカウントデータとして出力するカウンタ３２と、比較結果信号及び周波数選択信号が入力され、比較結果信号と周波数選択信号とが不一致の場合に、周波数選択信号を反転する反転処理器３３と、を備えている。

次に第１実施形態の動作を説明する。
まず、搬送波周波数演算部１４の乱数発生部２１は、乱数値を発生して継続期間決定部２２に出力する。ここで、乱数発生部２１は、疑似乱数を演算して乱数値として出力したり、乱数テーブルを参照したりして乱数値を出力する。

この結果、継続期間決定部２２は、入力された乱数に基づいて選択搬送波周波数の継続期間を決定し、継続期間データとして出力する。より具体的には、搬送波１周期分を基準として（１）式で計算する。
継続期間＝搬送波１周期×乱数値 ……（１）

継続判定部２３は、入力された継続期間データに基づいて、継続判定を行い、周波数選択信号を出力する。本第１実施形態においては、搬送波周波数は、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは、最小搬送波周波数ｆｍｉｎの２種類であるので、継続期間データは、“０”又は“１”のいずれかの値を有する２値データである。したがって、継続期間データの値に応じて、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは、最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれかに対応する周波数選択信号が周波数選択部２４に出力される。

周波数選択部２４は、周波数選択信号に基づいて、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれかを排他的に搬送波周波数信号として出力する。

この結果、搬送波信号発生部１５は、搬送波周波数信号に対応する周波数（本第１実施形態では、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれか）の搬送波信号を生成し、ＰＷＭ信号発生部１７に出力する。

一方、出力電圧指令生成部１６は、降圧チョッパ１３の出力電圧に相当する出力電圧指令信号（＝ＰＷＭ制御における基本波に相当）を生成し、ＰＷＭ信号発生部１７に出力する。

これらの結果、ＰＷＭ信号発生部１７は、入力された搬送波信号及び出力電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を降圧チョッパ１３に出力する。
降圧チョッパ１３は、ＰＷＭ信号に基づいて直流電源１１からの入力直流電圧を降圧して駆動電圧として負荷１２に出力し、負荷１２が駆動されることとなる。

次により具体的な動作について説明する。
図３は、第１実施形態のタイミングチャートである。
図３に示すように、ＰＷＭ信号発生部１７の直流電源電圧をＶｄｃ［Ｖ］とした場合に、搬送波信号発生部１５が発生する搬送波信号ＳＣは、０［Ｖ］と直流電源電圧Ｖｄｃ［Ｖ］との二つの電圧レベルの間で遷移する三角波となる。
一方、出力電圧指令信号ＳＢの電圧は、一定である。
これらの結果、ＰＷＭ信号発生部１７で発生されるＰＷＭ信号ＳＰは、搬送波信号ＳＣ＜出力電圧指令信号ＳＢの場合には、“Ｈ”レベルとなり、搬送波信号ＳＣ≧出力電圧指令信号ＳＢの場合には、“Ｌ”レベルとなる。

図４は、搬送周波数の切替状態の説明図である。
図４に示すように、本第１実施形態によれば、乱数発生部２０において発生された乱数に基づいて、搬送波信号ＳＣの周波数（設定搬送波周波数）は、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれかの継続期間がランダムに変化するようにされている。

本第１実施形態によれば、同一周波数の搬送波の継続期間が毎回異なるため、搬送波周波数選択範囲の平均周波数の成分を低減できる。
また、本第１実施形態においては、乱数値に応じて継続期間を変更することで、同一周波数の搬送波の継続期間の変化に規則性が無くなるため、継続期間の変化に伴う聴覚上の違和感が生じることが無くなる。

以上の説明においては、乱数発生部２１にて乱数を発生させ、乱数に応じて継続期間を変更したが、例えば正弦波に応じて継続期間を変更しても、搬送波周波数選択範囲の平均周波数の成分を低減できる。
搬送波によって発生する高調波の周波数スペクトル分布において、各搬送波周波数によって発生する高調波成分のピークは搬送波周波数選択範囲内に表れる。

また、通常、搬送波周波数の選択範囲は、上限周波数（ｆｍａｘ）は、マイコンの制御演算処理時間の制限を受け、下限周波数（ｆｍｉｎ）は、制御遅れによる制御性の悪化による制限を受ける。したがって、上限周波数（ｆｍａｘ）から下限周波数（ｆｍｉｎ）にいたる周波数帯域としては、広く取ることができない。

図５は、搬送波周波数と高調波成分との関係説明図である。
すなわち、図５に示すように、下限の搬送波周波数である最小搬送波周波数ｆｍｉｎによる高調波成分のピーク７１と上限のである最大搬送波周波数ｆｍａｘによる高調波成分のピーク７２、周波数の変移に伴う高調波成分のピーク７３はそれぞれ重なることになる。したがって、搬送波周波数選択範囲の中で、分散の範囲を可能な限り拡げるためには、搬送波周波数選択範囲の下限の最小搬送波周波数ｆｍｉｎと上限の最大搬送波周波数ｆｍａｘの２つの周波数を搬送波周波数として選択して、継続期間を変化させることで分散するのがより好ましいことがわかる。

また、可能であれば、搬送波周波数の更新タイミングが搬送波の山または谷になるように、継続期間は、搬送波が三角波の場合には搬送波周期の半周期の整数倍、搬送波が鋸波の場合には搬送波一周期の整数倍にするのが好ましい。これによって、搬送波の山から谷の間の出力電圧の平均値が出力電圧指令の電圧値となるというＰＷＭの前提が保たれ、搬送波周波数の変更によって、出力電圧に生じる誤差の発生を防ぐことができる。

図６は、第１実施形態の変形例の説明図である。
本第１実施形態では、降圧チョッパ１３による負荷１２の制御について示したが、例えば、図６に示すように、インバータ１３Ａによる交流モータ１２Ａの制御の場合等、ＰＷＭ電力変換装置であれば同様に高調波成分の分散効果が得られ、機械的共振などの発生を抑制することができる。

［２］第２実施形態
図７は、第２実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。
図７において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、第１実施形態が、単純に乱数値によって同一周波数の搬送波をＰＷＭ信号の生成に継続して用いる継続期間を設定していたのに対し、本第２実施形態は、乱数値及び変移確率値を用い、乱数値が変移すべき条件を満たしているか否かを変移確率値に基づいて行う搬送波周波数演算部を備えた点である。この場合に、変移確率値を複数用いることにより、ある搬送波周波数から他の搬送周波数に切り替えるか否かを判別しているため、より一層均一に搬送波周波数を切り替えることができ、得られる高調波成分の周波数を均一に分散させることができる。

ＰＷＭ電力変換装置１０の搬送波周波数演算部１４Ａは、大別すると、図７に示すように、乱数を発生する乱数発生部２１と、周波数選択信号に基づいてあらかじめ設定された複数の変移確率値のいずれかを選択して出力する変移確率選択部４１と、入力された乱数値及び入力された変移確率値に基づいて周波数変移を行うべきか否かの変移判定を行い変移指令信号を出力する変移判定部４２と、入力された変移指令信号に基づいて、周波数選択信号を出力する周波数選択指示部４３と、周波数選択信号に基づいて、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれかを排他的に搬送波周波数信号として出力する周波数選択部２４と、を備えている。

本第２実施形態においては、用いる搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘ及び最小搬送波周波数ｆｍｉｎの２種類としているので、変移確率値は、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる確率値である変移確率値Ｐｈｌと、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる確率値である変移確率値Ｐｌｈと、の二つが用いられている。

次に第２実施形態の動作を説明する。
まず、搬送波周波数演算部１４Ａの乱数発生部２１は、乱数値を発生して変移判定部４２に出力する。ここで、乱数発生部２１は、第１実施形態と同様に、疑似乱数を演算して乱数値として出力したり、乱数テーブルを参照したりして乱数値を変移判定部４２に出力する。

これと並行して、変移確率選択部４１は、周波数選択指示部４３が出力している周波数選択信号に基づいてあらかじめ設定された複数の変移確率値Ｐｈｌ、Ｐｌｈのいずれかを選択して変移判定部４２に出力する。

具体的には、周波数選択指示部４３が出力している周波数選択信号が最大搬送波周波数ｆｍａｘに対応するものである場合には、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる確率値である変移確率値Ｐｈｌが変移判定部４２に出力される。

また、周波数選択指示部４３が出力している周波数選択信号が最小搬送波周波数ｆｍｉｎに対応するものである場合には、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる確率値である変移確率値Ｐｌｈが変移判定部４２に出力される。

これらの結果、変移判定部４２は、入力された乱数値と変移確率値とに基づいて周波数変移を行うべきか否かの変移判定を行い変移指令信号を周波数選択指示部４３に出力する。
より具体的には、例えば、乱数値を０〜１として、入力された乱数値が変移確率値（例えば、変移確率値Ｐｈｌ＝０．４５）以下の場合には、現在の搬送波周波数とは異なる搬送波周波数に変移する変移指令信号を周波数選択指示部４３に出力する。

周波数選択指示部４３は、入力された変移指令信号に基づいて、周波数選択信号を周波数選択部２４に出力する。
この結果、周波数選択部２４は、入力された周波数選択信号に基づいて、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのうちいずれか一方を搬送波周波数信号として搬送波信号発生部１５に出力し、搬送波信号発生部１５は、搬送波周波数信号に対応する周波数（本第２施形態では、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれか）の搬送波信号を生成し、ＰＷＭ信号発生部１７に出力する。

一方、出力電圧指令生成部１６は、降圧チョッパ１３の出力電圧に相当する出力電圧指令信号（＝ＰＷＭ制御における基本波に相当）を生成し、ＰＷＭ信号発生部１７に出力する。
これらの結果、ＰＷＭ信号発生部１７は、入力された搬送波信号及び出力電圧指令信号に基づいてＰＷＭ信号を降圧チョッパ１３に出力する。
降圧チョッパ１３は、ＰＷＭ信号に基づいて直流電源１１からの入力直流電圧を降圧して駆動電圧として負荷１２に出力し、負荷１２が駆動されることとなる。

図８は、第２実施形態のタイミングチャートである。
以上の構成により、搬送波周波数演算部１４Ａにおいては、第１実施形態と同様に、最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎの継続期間がランダムに変化する搬送波信号ＳＣ１が出力され、ＰＷＭ信号発生部１７により、図８に示すようなＰＷＭ信号ＳＰ１が出力される。

さらに、本第２実施形態においては、第１実施形態の効果に加えて、適切な変移確率値を用いることによって搬送波周波数の変移状態を調整することができるので、所望の高調波の周波数スペクトル分布の生成が容易になる。

ここで、変移確率値による高調波の周波数スペクトル分布の調整について説明する。
本第２実施形態においては、動作モードとしては、以下の４つしか存在しない。
（１）最小搬送波周波数ｆｍｉｎの継続
（２）最大搬送波周波数ｆｍａｘの継続
（３）最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘへの変移
（４）最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎへの変移

図９は、第２実施形態の動作説明図である。
この場合において、生じる高調波の周波数スペクトル分布としては、図９に示すように、３種類の周波数スペクトル分布となる。（３）最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘへの変移と（４）最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎへの変移はいずれも７３となるので、共通で扱う。

したがって、これら３種類の周波数スペクトル分布を用いて考察する。
各周波数スペクトル分布のピークにおける高調波成分の振幅は、（２）式〜（４）式で表せる。

ここで、定数Ｃは、変調率や分散範囲などによって変化するが，３つの分散で共通の定数である。
以上に基づいて、本第２実施形態においては、高調波の周波数スペクトル分布を調整している。

例えば、最小搬送波周波数ｆｍｉｎの高調波成分を多くしたい場合には、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる変移確率値Ｐｈｌを大きくするか、あるいは、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる変移確率値Ｐｌｈを小さくすれば良い。

また、最大搬送波周波数ｆｍａｘの高調波成分を多くしたい場合には搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる変移確率値Ｐｈｌを小さくするか、あるいは、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる変移確率値Ｐｌｈを大きくすれば良い。

さらに、最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘへの変移、あるいは、最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎへの変移によって生じる高調波成分を多くしたい場合には、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる変移確率値Ｐｈｌ、あるいは、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる変移確率値Ｐｌｈを大きくすれば良い。これによって、任意の周波数スペクトル分布の生成が可能になる。

ところで、第１実施形態でも述べたように、通常、搬送波周波数の選択範囲は広く取ることができない。
したがって、図５に示したように、搬送波周波数選択範囲の下限の搬送波周波数である最小搬送波周波数ｆｍｉｎによる高調波成分のピーク７１、搬送波周波数選択範囲の上限の搬送波周波数である最大搬送波周波数ｆｍａｘによる高調波成分のピーク７２及び搬送波周波数の変移に起因する高調波成分のピーク７３はそれぞれ重なることになる。

図１０は、第２実施形態の効果の説明図である。
そのため、搬送波周波数の変移に起因する高調波のピーク７３を、最小搬送波周波数ｆｍｉｎによる高調波成分のピーク７１及び最大搬送波周波数ｆｍａｘによる高調波成分のピーク７２に対して小さくすることで、図１０に示すように、搬送波周波数の選択範囲内で可能な限り平坦にすることが可能になる。

本第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、乱数ではなく、例えば正弦波に応じて変移判定を実施しても、搬送波周波数選択範囲の平均周波数の成分を低減できる。また、本第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、降圧チョッパ１３による負荷１２の制御について示したが、ＰＷＭ電力変換装置であれば同様に高調波成分の分散効果が得られる。

また、可能であれば、搬送波周波数の更新タイミングが搬送波のピーク（山）またはボトム（谷）になるように、搬送波周波数の変更はピーク位置またはボトム位置のみで実施した方が良い。これによって、搬送波のピークからボトムの間の出力電圧の平均値が出力電圧指令となるというＰＷＭの前提が保たれ、搬送波周波数の変更によって、出力電圧に生じる誤差の発生を防ぐことができる。

［３］第３実施形態
本第３実施形態が上記第２実施形態と異なる点は、負荷の機械特性に基づいて変移確率値および搬送波周波数を決定する変移確率搬送波周波数決定部を備えた点である。
図１１は、第３実施形態のＰＷＭ電力変換装置の概要構成ブロック図である。
図１１において、図７の第２実施形態と同一の部分には、同一の符号を付すものとする。

ＰＷＭ電力変換装置１０の搬送波周波数演算部１４Ｂは、大別すると、図１１に示すように、乱数を発生する乱数発生部２１と、入力された負荷の機械特性に基づいて、変移確率値Ｐｈｌ、Ｐｌｈ、最大搬送波周波数ｆｍａｘ及び最小搬送波周波数ｆｍｉｎを決定する変移確率搬送波周波数決定部５１と、変移確率搬送波周波数決定部５１により設定された複数の変移確率値のいずれかを周波数選択信号に基づいて選択して出力する変移確率選択部４１と、入力された乱数値及び入力された変移確率値に基づいて周波数変移を行うべきか否かの変移判定を行い変移指令信号を出力する変移判定部４２と、入力された変移指令信号に基づいて、周波数選択信号を出力する周波数選択指示部４３と、変移確率搬送波周波数決定部５１により設定された最大搬送波周波数ｆｍａｘあるいは最小搬送波周波数ｆｍｉｎのいずれかを、周波数選択信号に基づいて搬送波周波数信号として出力する周波数選択部２４と、を備えている。

図１２は、機械特性判定において負荷に流す電流の一例の説明図である。
図１３は、機械特性判定における負荷の騒音特性の説明図である。
上述した第３実施形態のＰＷＭ電力変換装置１０の構成において、機械特性とは、例えば、図１２のようなホワイトノイズに近いような電流を負荷に流した際における、図１３に示す負荷の騒音特性や、単純に負荷の機械共振点の周波数（例えば、図１３においては、３．４ｋＨｚ及び３．９ｋＨｚ）である。

図１４は、機械特性と設定される搬送波周波数との関係説明図である。
そして、変移確率搬送波周波数決定部５１は、入力された機械特性に応じて、例えば、図１４に示すように、機械特性８２における機械共振点を、最大搬送波周波数ｆｍａｘ及び最小搬送波周波数ｆｍｉｎの平均周波数［＝２ｆｍｉｎ×ｆｍａｘ／（ｆｍａｘ＋ｆｍｉｎ）≒（ｆｍａｘ＋ｆｍｉｎ）／２］と一致させるように最大搬送波周波数ｆｍａｘ及び最小搬送波周波数ｆｍｉｎを決定する。さらに、変移確率値Ｐｈｌ、Ｐｌｈを小さくすることにより、搬送波周波数の変移の回数を抑制し、平均周波数における高調波のピークの発生を抑制することで、機械共振を回避した周波数スペクトル分布８１にする。

図１５は、機械特性と設定される搬送波周波数との他の関係説明図である。
例えば、図１５に示すように、最大搬送波周波数ｆｍａｘにおける騒音が大きく出る機械特性８４の場合には、搬送波周波数を最大搬送波周波数ｆｍａｘから最小搬送波周波数ｆｍｉｎに変移させる変移確率値Ｐｈｌよりも、搬送波周波数を最小搬送波周波数ｆｍｉｎから最大搬送波周波数ｆｍａｘに変移させる変移確率値Ｐｌｈを小さくして最大搬送波周波数ｆｍａｘの高調波のピークよりも最小搬送波周波数ｆｍｉｎの高調波のピークが大きくなるように、機械共振を回避した周波数スペクトル分布８３にする。

以上のように構成した本第３実施形態によれば、機械共振を避けることができ、電磁騒音を低減することが可能になる。
本第３実施形態においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、乱数ではなく、例えば正弦波に応じて変移判定を実施しても、搬送波周波数選択範囲の平均周波数の成分を低減できる。

また、本第３実施形態でも、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、降圧チョッパ１３による負荷１２の制御について示したが、ＰＷＭ電力変換装置であれば同様に高調波成分の分散効果が得られる。

本第３実施形態においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、乱数ではなく、例えば正弦波に応じて変移判定を実施しても、機械共振を回避できる。
また、第３実施形態においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、降圧チョッパ１３による負荷１２の制御について示したが、例えば、負荷１２として機能する交流モータ１２Ａを制御するインバータであっても交流モータ１２Ａの機械特性に応じて本発明を用いれば同様に電磁騒音低減効果が得られる。

［４］実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
図１６は、第１変形例の概要構成説明図である。
以上の各実施形態においては、負荷の機械特性を別途入力（設定）する構成を採っていたが、図１６に示すように、負荷の近傍に騒音検出用のマイクロフォン９１を設け、マイクロフォン９１の出力を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して分析するＦＦＴアナライザ９２を設け、ＦＦＴ分析結果に基づいて最大搬送波周波数ｆｍａｘ、最小搬送波周波数ｆｍｉｎ及び搬送波継続期間を定めるように構成することも可能である。

［４．２］第２変形例
第１変形例と同様にＦＦＴアナライザを設け、さらに、第２実施形態で用いた変移確率値Ｐｈｌ及び変移確率値ＰｌｈをＦＦＴ分析結果に基づいて定めるように構成することも可能である。

［４．３］第３変形例
上記第３実施形態においては、変移確率搬送波周波数決定部５１を持つ構成を採っていたが、第２実施形態の構成において、機械共振を避けるようにあらかじめ変移確率値Ｐｈｌ、Ｐｌｈ及び搬送波周波数ｆｍａｘ、ｆｍｉｎを計算しておき、それを設定するように構成することも可能である。

［４．４］第４変形例
本実施形態のＰＷＭ電力変換装置の制御部は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成として構成することも可能である。

［４．５］第５変形例
また本実施形態のＰＷＭ電力変換装置の制御部で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されるようにしてもよい。

［４．６］第６変形例
また、本実施形態のＰＷＭ電力変換装置の制御部で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の〜装置で実行される〜プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。

［４．７］第７変形例
また、本実施形態のＰＷＭ電力変換装置の制御部の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ＰＷＭ電力変換装置
１１ 直流電源
１２ 負荷
１２Ａ 交流モータ
１３ 降圧チョッパ
１３Ａ インバータ
１４、１４Ａ、１４Ｂ 搬送波周波数演算部（設定部）
１５ 搬送波信号発生部（搬送波発生部）
１６ 出力電圧指令生成部
１７ ＰＷＭ信号発生部
１８ 制御部
２１ 乱数発生部
２２ 継続期間決定部（継続時間決定部）
２３ 継続判定部
２４ 周波数選択部
３１ 比較器
３２ カウンタ
３３ 反転処理器
４１ 変移確率選択部
４２ 変移判定部
４３ 周波数選択指示部
５１ 変移確率搬送波周波数決定部
８１、８３ 周波数スペクトル分布
８２、８４ 機械特性
９１ マイクロフォン
９２ ＦＦＴアナライザ
Ｐｈｌ、Ｐｌｈ 変移確率値
ＳＢ 出力電圧指令信号
ＳＣ、ＳＣ１ 搬送波信号
ＳＰ、ＳＰ１ ＰＷＭ信号
ｆｍａｘ 最大搬送波周波数
ｆｍｉｎ 最小搬送波周波数

Claims (7)

1. 搬送周波数の発生継続時間をランダムにするために用いる乱数を発生する乱数発生部と、
   前記乱数発生部が発生した乱数と所定の変移確率値に基づき、搬送波周波数を変移させるか否かを判定する変移判定部と、
   前記変移判定部が変移しないと判定すると第１の搬送周波数を維持し、変移すると判定すると第１の搬送周波数から第２の搬送周波数に変移させる周波数選択部と、
   前記周波数選択部が選択した前記第１の搬送周波数または第２の搬送周波数を用いて搬送波を発生させる搬送波発生部と、
   前記搬送波発生部が発生した前記搬送波を用いてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、
   前記ＰＷＭ信号発生部が発生した前記ＰＷＭ信号を用いて電力変換を行う電力変換部と、
   を備えた電力変換装置。
2. 前記変移確率値は、前記第１の搬送周波数が選択されているときに用いられる第１の変移確率値と、前記第２の搬送周波数が選択されているときに用いられ前記第１の変移確率値と異なる第２の変移確率値を含む、
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記変移判定部は、前記乱数発生部が発生した乱数が前記変移確率値より小さい場合に搬送周波数を変移させると判定する、
   請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記第１の搬送周波数は、搬送周波数として選択可能な最大周波数および最小周波数のうちいずれか一方であり、
   前記第２の搬送周波数は、前記最大周波数および前記最小周波数のうちいずれか他方である、
   請求項１または請求項２記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換部の出力が供給される負荷の共振特性に基づいて、前記第１と第２の搬送周波数および前記変移確率値の少なくとも一方を設定する決定部を備えた、
   請求項１記載の電力変換装置。
6. ＰＷＭ信号に基づいて電力変換を行って負荷に供給する電力変換部を備えた電力変換装置において実行される電力変換装置の制御方法であって、
   搬送周波数の発生継続時間をランダムにするために用いる乱数を発生する乱数発生過程と、
   前記乱数発生過程において発生した乱数と所定の変移確率値に基づき、搬送波周波数を変移させるか否かを判定する変移判定過程と、
   前記変移判定過程において変移しないと判定された場合に第１の搬送周波数を維持し、変移すると判定された場合に第１の搬送周波数から第２の搬送周波数に変移させる周波数選択過程と、
   前記周波数選択過程において選択した前記第１の搬送周波数または第２の搬送周波数を用いて搬送波を発生させる搬送波発生部と、
   前記搬送波発生部が発生した前記搬送波を用いてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、
   前記ＰＷＭ信号発生部が発生した前記ＰＷＭ信号を用いて電力変換を行う電力変換部と、
   を備えた電力変換装置の制御方法。
7. ＰＷＭ信号に基づいて電力変換を行って負荷に供給する電力変換部を備えた電力変換装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   搬送周波数の発生継続時間をランダムにするために用いる乱数を発生する乱数発生手段と、
   前記乱数発生手段が発生した乱数と所定の変移確率値に基づき、搬送波周波数を変移させるか否かを判定する変移判定手段と、
   前記変移判定手段が変移しないと判定すると第１の搬送周波数を維持し、変移すると判定すると第１の搬送周波数から第２の搬送周波数に変移させる周波数選択手段と、
   この周波数選択手段が選択した前記第１の搬送周波数または第２の搬送周波数を用いて搬送波を発生させる搬送波発生手段と、
   前記搬送波発生手段が発生した前記搬送波を用いてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生手段と、
   前記ＰＷＭ信号発生手段が発生した前記ＰＷＭ信号を用いて電力変換を行う電力変換手段と、
   して機能させる制御プログラム。

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