JP6557934B2 - アクティブフィルタ、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
そのため、例えば、家庭用電気機器・汎用品等については、JIS C 61000−3−2(電磁両立性−第3−2部:限度値−高調波電流発生限度値(1相当たりの入力電力が20アンペア以下の機器)が適用され、高調波障害の発生防止が図られている。
高調波信号を抑制する方法の1つとして、例えば、特許文献1に記載されているアクティブフィルタと呼ばれる装置を用いることが挙げられる。
アクティブフィルタは、系統電流が平衡正弦波となるように制御を行っている。その際、理想的な正弦波波形の系統電流となるようにアクティブフィルタの補正信号(電流指令または電圧指令)を求めるが実際のアクティブフィルタ電流との乖離により、系統電流において歪が発生する。この歪を低減する方法として制御ゲインを増加させることが考えられるが、制御ゲインを増加させると、発振するという別の問題が発生してしまう。そのため、理想的な正弦波波形の系統電流を実現することは困難である。
以下、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置の構成について説明する。
モータ駆動装置1は、図1に示すように、三相交流電源10と、系統電圧検出部20と、コンバータ電流検出部30と、ノイズフィルタ40と、ダイオードモジュール50と、平滑化コンデンサ60と、インテリジェントパワーモジュール70と、コンプレッサモータ80と、アクティブフィルタ90と、電流補正部100と、平滑リアクトル110と、を備える。
カレントトランス301aは、三相交流電源10からノイズフィルタ40に供給されるR相の電流の大きさと向きを検出する。
カレントトランス301bは、三相交流電源10からノイズフィルタ40に供給されるT相の電流の大きさと向きを検出する。なお、R相の電流の位相は、R相の電圧の位相と同位相である。また、T相の電流の位相は、T相の電圧と同位相である。また、R相の電流、S相の電流、T相の電流の総和は、常にゼロである。そのため、S相の電流の大きさと向きは、R相の電流とT相の電流の検出結果から算出することができる。S相の位相は、S相の電圧の位相と同位相である。
なお、上記のノイズフィルタ40、ダイオードモジュール50、及び、平滑化コンデンサ60により三相交流電源10が出力する交流電圧を直流電圧に変換している。すなわち、ノイズフィルタ40、ダイオードモジュール50、及び、平滑化コンデンサ60によりコンバータが構成されている。
具体的には、電流補正部100が端子である場合、アクティブフィルタ90は、補正信号としてR相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流そのものを生成し、その補正信号を電流補正部100に供給する。
また、具体的には、電流補正部100が補正信号に応じた電流を新たに生成する場合、アクティブフィルタ90は、補正信号として例えばR相の配線、S相の配線、T相の配線における電圧と電流に基づいて、R相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流を示す数ビットのデジタル信号を生成し、その補正信号を電流補正部100に送信する。R相の配線、S相の配線、T相の配線におけるインピーダンスは予めわかるため、アクティブフィルタ90は、R相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流がわかれば、その電流を示す数ビットのデジタル信号を生成することも可能である。
具体的には、電流補正部100が端子である場合、電流補正部100は、アクティブフィルタ90からR相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流そのものを受け、その受けた電流をR相の配線、S相の配線、T相の配線に流すことで、R相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す。
また、具体的には、電流補正部100が補正信号に応じた電流を新たに生成する場合、アクティブフィルタ90からR相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流を示す数ビットのデジタル信号を受信する。そして、電流補正部100は、受信したデジタル信号が示すR相の配線、S相の配線、T相の配線における高調波電流を打ち消す電流を生成し、生成した電流をR相の配線、S相の配線、T相の配線に供給する。
これにより、三相交流電源10の出力、すなわち、モータ駆動装置1の最上流部において、歪の少ない正弦波波形の電流が実現される。
なお、図1では、電流補正部100と系統電圧検出部20は、R相の配線、S相の配線、T相の配線において同一箇所に一部共通の構成を有している。
なお、コンバータ電流の通電期間の電流が許容範囲内で一定に保たれれば、平滑リアクトル110は無くてもよい。
電流制御部902は、自身が出力する指令電流値と制御対象における実電流値との差に基づいて制御対象の電流を制御する。
電流制御部902は、指令電流値が実電流値よりも大きいこと、または、小さいことが所定回数連続したと判定した場合に、追加の電流制御を行う。
記憶部903は、アクティブフィルタ90が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
図3は、本発明の一実施形態によるアクティブフィルタ90を実現する情報処理装置の構成を示すブロック図である。アクティブフィルタ90は、情報処理装置である、例えば図3に示す一般的なコンピュータ200を用いて実現される。コンピュータ200は、CPU(Central Processing Unit)201、RAM(Random Access Memory)202、ROM(Read Only Memory)203、ストレージ装置204、外部I/F(Interface)205、および通信I/F206などを有する。
ここでは、図4に示すモータ駆動装置1の処理フローについて説明する。
系統電圧検出部20は、検出した電圧を示す電圧信号を切替部901に送信する。
切替部901は、受信した電圧信号が示す電圧値から電圧の位相を特定する(ステップS1)。例えば、切替部901は、R相の電圧のゼロクロス点を示す時刻を位相の基準である0度とする。なお、切替部901は、R相ではなくS相またはT相の電圧のゼロクロス点を示す時刻を位相の基準としてもよい。
切替部901は、位相の基準と、6つのそれぞれの位相の範囲と、その位相の範囲における制御対象とする相とを含む制御対象情報を電流制御部902に送信する。
電流制御部902は、受信した制御対象情報に基づいて切替部901の切り替えによる制御対象のみにおける電流を制御する(ステップS3)。
具体的には、電流制御部902は、制御対象情報に含まれる位相の基準を示す時刻と同期をとる。電流制御部902は、その基準から60度ごとに制御対象であるR相、S相、またはT相のみに対応する電流補正部100に指令電流値を送信する。電流補正部100は、指令電流値が示す電流を制御対象に流す。
電流制御部902は、指令電流値が実電流値よりも大きい場合、実電流値が所望の電流値よりも小さいことを示している。また、電流制御部902は、指令電流値が実電流値よりも小さい場合、実電流値が所望の電流値よりも大きいことを示している。
そして、電流制御部902は、ステップS5における今回の判定が前回の同一の相についての判定と同一であるか否かを判定する(ステップS7)。
電流制御部902は、今回の判定が前回の同一の相についての判定と同一であると判定した場合(ステップS7においてYES)、同一と判断した回数が連続して所定回数となったか否かを判定する(ステップS8)。
電流制御部902は、同一と判断した回数が連続して所定回数となったと判定した場合(ステップS8においてYES)、追加の電流制御を行う(ステップS9)。この追加の電流制御とは、例えば、通常時よりも電流値を大きくする制御である。
電流制御部902は、ステップS2の処理に戻す。
電流制御部902は、今回の判定が前回の同一の相についての判定と同一であると判定した場合(ステップS11においてYES)、同一と判断した回数が連続して所定回数となったか否かを判定する(ステップS12)。
電流制御部902は、同一と判断した回数が連続して所定回数となったと判定した場合(ステップS12においてYES)、追加の電流制御を行う(ステップS13)。この追加の電流制御とは、例えば、通常時よりも電流値を小さくする制御である。
電流制御部902は、ステップS2の処理に戻す。
電流制御部902は、ステップS8において同一と判断した回数が連続して所定回数となったと判定した場合(ステップS8においてNO)、ステップS2の処理に戻す。
電流制御部902は、ステップS11において今回の判定が前回の同一の相についての判定と同一であると判定した場合(ステップS11においてNO)、ステップS2の処理に戻す。
電流制御部902は、ステップS12において同一と判断した回数が連続して所定回数となったと判定した場合(ステップS12においてNO)、ステップS2の処理に戻す。
なお、指令電流値と実電流値とで差が生じた場合の補正値は、実験やシミュレーションなどで予め決定し、記憶部903に記憶しておけばよい。
図6と図7からわかるように、電流制御部902が上述の制御対象における電流を制御した場合の実電流値は、電流制御部902による制御対象への制御が行われない場合の実電流値に比べて、理想電流値により近い。すなわち、本発明の一実施形態によるアクティブフィルタ90により、実電流値を理想電流値により近づけることができる。
本発明の一実施形態によるアクティブフィルタ90において、切替部901は、電源系統における三相交流電源10に接続されるR相、S相、T相の3つの配線における3つの異なる電圧の位相に基づいて、電圧の位相の所定の範囲ごとに、制御対象とする相を切り替える。電流制御部902は、切替部901が切り替えた制御対象の相について制御対象の電流を制御する。電流制御部902は、自身が出力する指令電流値と制御対象における実電流値との差に基づいて制御対象の電流を制御する。電流制御部902は、指令電流値が実電流値よりも大きいこと、または、小さいことが所定回数連続したと判定した場合に、追加の電流制御を行う。記憶部903は、アクティブフィルタ90が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
こうすることで、アクティブフィルタ90は、発振が生じない範囲で理想的な正弦波波形の系統電流を実現することができる。
10・・・三相交流電源
20・・・系統電圧検出部
30・・・コンバータ電流検出部
40・・・ノイズフィルタ
50・・・ダイオードモジュール
60・・・平滑化コンデンサ
70・・・インテリジェントパワーモジュール
80・・・コンプレッサモータ
90・・・アクティブフィルタ
100・・・電流補正部
110・・・平滑リアクトル
301a、301b・・・カレントトランス
901・・・切替部
902・・・電流制御部
903・・・記憶部
Claims (3)
- 電源系統における三相交流電源に接続される3つの配線における3つの異なる電圧の位相に基づいて、前記電圧の位相の所定の範囲ごとに、制御対象とする相を切り替える切替部と、
前記切替部が切り替えた制御対象の相について、出力した指令電流値と取得した実電流値との差に基づいて制御対象の電流を制御し、前記指令電流値が前記実電流値よりも大きいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより大きくする制御を行い、前記指令電流値が前記実電流値よりも小さいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより小さくする制御を行う電流制御部と、
を備えるアクティブフィルタ。 - 電源系統における三相交流電源に接続される3つの配線における3つの異なる電圧の位相に基づいて、前記電圧の位相の所定の範囲ごとに、制御対象とする相を切り替えることと、
切り替えた制御対象の相について、出力した指令電流値と取得した実電流値との差に基づいて制御対象の電流を制御することと、
前記指令電流値が前記実電流値よりも大きいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより大きくする制御を行い、前記指令電流値が前記実電流値よりも小さいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより小さくする制御を行うことと、
を含む制御方法。 - コンピュータに、
電源系統における三相交流電源に接続される3つの配線における3つの異なる電圧の位相に基づいて、前記電圧の位相の所定の範囲ごとに、制御対象とする相を切り替えることと、
切り替えた制御対象の相について、出力した指令電流値と取得した実電流値との差に基づいて制御対象の電流を制御することと、
前記指令電流値が前記実電流値よりも大きいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより大きくする制御を行い、前記指令電流値が前記実電流値よりも小さいことが所定回数連続した場合には、前記実電流値をより小さくする制御を行うことと、
を実行させるプログラム。
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