WO2014192343A1

WO2014192343A1 - インバータ制御装置

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Publication number: WO2014192343A1
Application number: PCT/JP2014/054530
Authority: WO
Inventors: 隆司石住; 雅士今出
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-12-04
Also published as: CN105247779B; JP5731574B2; CN105247779A; JP2014230453A

Abstract

　インバータ制御装置（６）は、Ｎ段階の回転数（Ｒ１～ＲＮ）のうちの選択された回転数（Ｒｎ）で電動機（５）を回転駆動させる安定制御モードと、選択された回転数（Ｒｎ）よりも１段階高い目標回転数（Ｒ（ｎ＋１））に向けて電動機（５）の回転数を増大させる加速制御モードと、加速制御モード時に目標回転数（Ｒ（ｎ＋１））よりも２段階低い回転数（Ｒ（ｎ－１））に向けて電動機（５）の回転数を減少させる減速制御モードを備え、加速制御モード時に太陽電池（１）の出力電圧（Ｖ）の変動量（ΔＶ）がしきい値電圧（ＶＴＨ）を超えたときに加速制御モードから減速制御モードに移行する。これにより電動機（５）の消費電力を低減させるので、供給電力不足によって電動機（５）が停止するのを回避できる。

Description

インバータ制御装置

　この発明はインバータ制御装置に関し、特に、インバータを介して電動機を制御するインバータ制御装置に関する。

　インバータ制御方式は、直流電力をインバータを用いて所望の周波数の交流電力に変換し、その交流電力によって電動機を所望の回転数で回転駆動させる方式である。電動機の消費電力は回転数に応じて変化するので、インバータ制御方式は冷蔵庫の圧縮機のような省エネルギーが求められる製品に採用されている。またインバータ制御方式は、太陽電池のような供給電力量が変化する電源によって駆動される電動機、たとえば非電化地域の揚水ポンプなどにも採用されている。

　たとえば特開２００３－１９５９５７号公報（特許文献１）には、太陽電池から出力される直流電力と直流電圧を検出し、電力－電圧座標系における直流電力の変化に基づいて、インバータの出力周波数を制御し、太陽電池の最大電力点に追従するように電動機を可変速駆動するインバータ制御装置が開示されている。

特開２００３－１９５９５７号公報

　このようなインバータ制御方式では、電動機に供給される電力が不足して電動機が一旦停止してしまうと、その電動機を再起動させるためには持続運転時よりも大きな電力が必要となるので、電動機が停止しないように制御する必要がある。

　特許文献１では、日射量が低減した場合はインバータ周波数を減少させて電動機を減速させることが開示されているが、電動機を停止させないように制御することについては何ら開示されていない。

　それゆえに、この発明の主たる目的は、電動機が停止するのを回避することが可能なインバータ制御装置を提供することである。

　この発明に係るインバータ制御装置は、直流電源からの直流電力をインバータによって交流電力に変換し、その交流電力によって電動機を駆動させる電力変換システムにおいてインバータを介して電動機を制御するインバータ制御装置であって、予め設定された複数段階の回転数のうちの選択された第１の目標段階の回転数で電動機を回転駆動させる安定制御モードと、第１の目標段階よりも１段階高い第２の目標段階の回転数に向けて電動機の回転数を増大させる加速制御モードと、加速制御モード時に第２の目標段階よりも低い第３の目標段階の回転数に向けて電動機の回転数を減少させる減速制御モードとを備え、加速制御モード時に直流電源の出力電圧の変動量が予め定められたしきい値電圧を超えたことに応じて、加速制御モードから減速制御モードに移行するものである。

　好ましくは、第３の目標段階は第２の目標段階よりも２段階低い。
　好ましくは、直流電源の出力電圧の変動量が予め定められたしきい値電圧を超えたときの電動機の回転数が第１の目標段階の回転数と第２の目標段階の回転数との間の予め定められたしきい値回転数よりも低い場合は第３の目標段階は第２の目標段階よりも２段階低く、予め定められたしきい値回転数以上の場合は第３の目標段階は第２の目標段階よりも１段階低い。

　好ましくは、加速制御モードでは電動機の回転数を予め定められた回転数ずつ増大させ、直流電源の出力電圧の変動量は予め定められた回転数当たりの変動量である。

　好ましくは、直流電源は太陽電池であり、太陽電池の出力電圧が太陽電池の最大電力点の電圧以上になるように予め定められたしきい値電圧が設定されている。

　この発明に係るインバータ制御装置では、加速制御モード時に直流電源の出力電圧の変動量が所定のしきい値電圧を超えた場合は加速制御モードから減速制御モードに移行することで電動機の消費電力を低減させるので、供給電力不足により電動機が停止するのを回避することができる。

この発明の実施の形態による電力変換システムの構成を示すブロック図である。太陽電池の出力電圧と出力電力の関係を示す図である。電動機の回転数の制御方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１による電力変換システムに含まれるインバータ制御装置の動作を示すタイムチャートである。電動機の制御範囲を説明するための図である。図４で説明したインバータ制御装置の動作を示すフローチャートである。日射強度が増大している期間における電動機の回転数の時間変化を例示するタイムチャートである。日射強度が減少している期間における電動機の回転数の時間変化を例示するタイムチャートである。この発明の実施の形態２による電力変換システムに含まれるインバータ制御装置の動作を示すタイムチャートである。図９で説明したインバータ制御装置の動作を示す他のタイムチャートである。図９および図１０で説明したインバータ制御装置の動作を示すフローチャートである。日射強度が増大している期間における電動機の回転数の時間変化を例示するタイムチャートである。日射強度が減少している期間における電動機の回転数の時間変化を例示するタイムチャートである。実施の形態１～３での電圧変動量の算出方法を説明するための図である。実施の形態４での電圧変動量の算出方法を説明するための図である。

　[実施の形態１]
　この発明の実施の形態１による電力変換システムは、一例として図１に示すように、太陽電池１、インバータ２、電動機５、およびインバータ制御装置６を備える。太陽電池１は、発電素子として太陽光を直流電力に変換する。インバータ２は、インバータ制御装置６によって制御され、太陽電池１で生成された直流電力を可変周波数可変電圧の交流電力に変換する。インバータ２は、太陽電池１の出力電圧Ｖを平滑化させる平滑コンデンサ３と、インバータ制御装置６によってオン／オフ制御されるスイッチング素子４とを含む。

　電動機５は、インバータ２で生成された交流電力によって駆動され、たとえば冷蔵庫の圧縮機やポンプを駆動させる。電動機５は、交流電力の周波数に応じた回転数で回転駆動する同期電動機を用いることができる。電動機５の消費電力は、その回転数に応じて変化する。インバータ制御装置６は、太陽電池１の出力電流Ｉおよび出力電圧Ｖを計測し、計測した電流Ｉおよび電圧Ｖから太陽電池１の出力電力Ｐを算出し、算出した電力Ｐに基づいて設定した回転数Ｒで電動機５を回転駆動させる。

　図２は、太陽電池１の出力電圧Ｖと出力電力Ｐの関係を示す図である。太陽電池１では、出力電流Ｉが０Ａであるときに出力電圧Ｖが最大になり、出力電流Ｉを増加させると出力電圧Ｖが低下し、出力電流Ｉの最大値は出力電圧Ｖが０Ｖとなる時となる。このため図２に示すように、太陽電池１の出力電圧Ｖと出力電力Ｐの関係を示す曲線はピークを持つなだらかな山型になる。曲線のピークは最大出力点と呼ばれる。

　また、日射強度が弱くなると、出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉの最大値は低下し、山のピークが図２中の左斜め下に移動する。曲線ＰＶ１は日射強度が強いときの特性を示し、曲線ＰＶ２は日射強度が弱いときの特性を示している。電動機５の回転数を増大させると電力ＰがΔＰだけ増大し、電圧ＶがΔＶだけ変動する。日射強度が強い場合の電圧変動量ΔＶ１は日射強度が弱い場合の電圧変動量ΔＶ２よりも小さい。本実施の形態１では、電圧変動量ΔＶに基づいて太陽電池１の電力供給能力の余裕の有無を判定する。

　また、この電力変換システムでは図３に示すように、最小回転数Ｒ１から最大回転数ＲＮまでのＮ段階の回転数が予め設定されており、Ｎ段階の回転数Ｒ１～ＲＮのうちのうちの選択された１つの回転数で安定するように電動機５が制御される。Ｎは３以上の整数である。たとえば、Ｎは１３であり、Ｒ１は１２５０ｒｐｍであり、Ｒ１３は４２５０ｒｐｍであり、１段階で２５０ｒｐｍ異なる。

　また、インバータ制御装置６は、安定制御モード、加速制御モード、および減速制御モードを有する。安定制御モードは、Ｎ段階の回転数Ｒ１～ＲＮのうちの選択された回転数Ｒｎで電動機５を回転駆動させるモードである。加速制御モードは、安定制御モードの回転数Ｒｎよりも１段階高い目標段階の回転数Ｒ（ｎ＋１）に向けて電動機５の回転数を増大させるモードである。減速制御モードは、加速制御モード時に目標段階（ｎ＋１）よりも２段階低い段階（ｎ－１）の回転数Ｒ（ｎ－１）に向けて電動機５の回転数を減少させるモードである。インバータ制御装置６は、加速制御モード時に太陽電池１の出力電圧Ｖの変動量ΔＶが予め定められたしきい値電圧ＶＴＨを超えたことに応じて、加速制御モードから減速制御モードに移行する。

　図４は、インバータ制御装置６の動作を示すタイムチャートである。時刻ｔ０～ｔ１では、前回の安定制御モードが実行されており、ある一定の回転数Ｒｎで電動機５が回転駆動されている。時刻ｔ１においてインバータ制御装置６は、太陽電池１の出力電圧Ｖ０を検出するとともに、現在の回転数Ｒｎ（たとえば２０００ｒｐｍ）に基づいて次の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）（たとえば２２５０ｒｐｍ）を決め、加速制御モードに移行する。

　インバータ制御装置６は、加速制御モード時は、電動機５の回転数をＲｎからＲ（ｎ＋１）に向けて増加させながら、太陽電池１の出力電圧Ｖ１を随時検出し、電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求め、ΔＶとしきい値電圧ＶＴＨとの大小を比較する。ΔＶ≦ＶＴＨである場合（図２のΔＶ１の状態）は、太陽電池１の電力供給能力に余裕があると判断し、加速制御モードを続ける（時刻ｔ１～ｔ２）。ΔＶ＞ＶＴＨになった場合（図２のΔＶ２の状態）は、太陽電池１の電力供給能力の余裕が小さいと判断し、減速制御モードに移行する（時刻ｔ２）。

　減速制御モードでは、図４において時刻ｔ２以降の実線で示すように、加速制御モード時の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）よりも２段階低い回転数Ｒ（ｎ－１）（たとえば１７５０ｒｐｍ）に強制的に電動機５を減速させる。電動機５の回転数がＲ（ｎ－１）に到達したら安定制御モードに移行する（時刻ｔ３）。また、図４において時刻ｔ２以降の点線で示すように、時刻ｔ２以降もΔＶ≦ＶＴＨを維持しながら、回転数が目標回転数Ｒ（ｎ＋１）に到達できた場合は、加速制御モードから安定制御モードに移行する（時刻ｔ４）。

　図５は、電動機５の制御範囲を説明するための図である。図５において、太陽電池１の出力電圧Ｖと出力電力Ｐの関係を示すＰ－Ｖ曲線はピークを持ったなだらかな山型の曲線となる。Ｐ－Ｖ曲線のピークは、出力電力Ｐが最大となる最大電力点ＭＰである。太陽電池１の出力電圧Ｖが最大電力点ＭＰよりも高い電圧となるようにしきい値電圧ＶＴＨを設定することが好ましい。これは、太陽電池１は最大電力点ＭＰよりも低電圧側で出力抵抗が急激に増加する傾向があり、少しの電力変動でも電圧変動が大きくなり易く、電動機５が停止する恐れが増すからである。したがって、最大電力点ＭＰよりも高い電圧となる領域Ａで電動機５を制御することにより、電動機５の停止を回避し易くなる。

　図６は、インバータ制御装置６の動作を示すフローチャートである。図６においてインバータ制御装置６は、ステップＳ１において電動機５を起動させる。目標回転数はたとえば電動機５の起動時最低回転数である１６５０ｒｐｍに設定される。ステップＳ２において電動機５の回転数が１６５０ｒｐｍに到達したか否かを判別し、到達するまで待機する。電動機５の回転数が１６５０ｒｐｍに到達したらステップＳ３において所定の安定動作時間Ｔｓが経過したか否かを判別し、経過するまで待機する。所定の安定動作時間Ｔｓが経過したら電動機５の起動シーケンスが完了したとみなす。次にステップＳ４において太陽電池１の出力電圧Ｖ０を検出して記憶する。すなわち安定区間の検知電圧Ｖ０を取得する。なお、ステップＳ１，Ｓ２における電動機５の目標回転数は電動機５の起動時最低回転数以上であればよく、予め設定されている段階の回転数としてもよい。本実施形態においては例えば１７５０ｒｐｍとすることもできる。

　ステップＳ５において目標回転数（＝現回転数）が最大回転数ＲＮであるか否か（さらに加速することが可能でないか否か）を判別し、目標回転数が最大回転数であると判別した場合は、ステップＳ６において目標回転数を最大回転数よりも１段階低い回転数である最大回転数－２５０ｒｐｍに設定する。ステップＳ５において目標回転数が最大回転数ＲＮではないと判別した場合はステップＳ７において現回転数よりも１段階高い回転数である目標回転数＋２５０ｒｐｍが最大回転数ＲＮよりも小さいか否か（加速が完了した場合に最大回転数ＲＮを超えないか否か）を判別する。

　ステップＳ７において目標回転数＋２５０ｒｐｍが最大回転数ＲＮよりも小さい場合はステップＳ８において目標回転数を現回転数＋２５０ｒｐｍに設定し、ステップＳ７において目標回転数＋２５０ｒｐｍが最大回転数ＲＮよりも小さくない場合はステップＳ９において目標回転数を最大回転数ＲＮに設定する。これにより、電動機５の加速が開始される。

　ステップＳ１０において太陽電池１の出力電圧Ｖ１を検出する。すなわち加速中の検知電圧Ｖ１を取得する。ステップＳ１１において電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１がしきい値電圧ＶＴＨよりも大きいか否か（太陽電池１の出力能力に余裕がないか否か）を判別し、ΔＶ＞ＶＴＨである場合はステップＳ１２において目標回転数が最小回転数＋５００ｒｐｍよりも大きいか否かを判別する。

　目標回転数が最小回転数＋５００ｒｐｍよりも大きい場合はステップＳ１３において目標回転数を２段階低い回転数である５００ｒｐｍだけ減少させ、目標回転数が最小回転数＋５００ｒｐｍよりも大きくない場合はステップＳ１４において目標回転数を最小回転数Ｒ１に設定する。ステップＳ６、ステップＳ１３、またはステップＳ１４の次は、ステップＳ１５において電動機５の減速が完了したか否かを判別し、減速が完了するまで待機する。減速が完了したらステップＳ３に戻る。また、ステップＳ１１でΔＶ＞ＶＴＨでない場合は、ステップＳ１６において電動機５の加速が完了したか否かを判別し、完了した場合はステップＳ３に戻り、完了していない場合はステップＳ１０に戻る。

　図７は、日射強度が増大している期間（たとえば午前中）における電動機５の回転数Ｒの時間変化を例示するタイムチャートである。日射強度が増大すると、図中の一点鎖線で示すように、電圧変動量ΔＶがΔＶ≦ＶＴＨを維持できる、すなわち太陽電池１の電力供給能力に余裕がある電動機５の回転数の上限値ＲＨも増大する。時刻ｔ０～ｔ１４ではＲｎ＜ＲＨ＜Ｒ（ｎ＋１）であり、時刻ｔ１５～ｔ１９ではＲ（ｎ＋１）＜ＲＨであるものとする。時刻ｔ０において電動機５は回転数Ｒｎで回転駆動されている。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ２）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ３～ｔ４）。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒｎが設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ４）。ＲＨ＞Ｒｎであるので、回転数ＲがＲ（ｎ－１）～Ｒｎである期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒｎに到達する（時刻ｔ５）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ６）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ７）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ８～ｔ９）。時刻ｔ９～ｔ１４の間は、時刻ｔ４～ｔ９の間と同様に回転数Ｒが変化する。

　時刻ｔ１４において１段階上の目標回転数Ｒｎが設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する。このときＲＨ＞Ｒｎであるので、回転数ＲがＲ（ｎ－１）～Ｒｎである期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒｎに到達する（時刻ｔ１５）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１６）。

　このときＲＨ＞Ｒ（ｎ＋１）であるので、回転数ＲがＲｎ～Ｒ（ｎ＋１）である期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒ（ｎ＋１）に到達する（時刻ｔ１７）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋２）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１８）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ１９）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると（時刻ｔ２０）、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される。以下同様である。日射強度は徐々に増大しているので、回転数Ｒのピーク値も徐々に増大し（時刻ｔ２，ｔ７，ｔ１２，ｔ１９）、安定動作させる回転数も段々と上位の段階へと移行する。したがって、日射強度の増大に応じて電動機の仕事量を上げることができる。

　図８は、日射強度が減少している期間（たとえば夕刻）における電動機５の回転数Ｒの時間変化を例示するタイムチャートである。日射強度が減少すると、図中の一点鎖線で示すように、電動機５の回転数の上限値ＲＨも減少する。時刻ｔ０～ｔ５ではＲ（ｎ＋１）＜ＲＨであり、時刻ｔ６～ｔ１７ではＲｎ＜ＲＨ＜Ｒ（ｎ＋１）であるものとする。時刻ｔ０において電動機５は回転数Ｒｎで回転駆動されている。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１）。このときＲＨ＞Ｒ（ｎ＋１）であるので、回転数ＲがＲｎ～Ｒ（ｎ＋１）である期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒ（ｎ＋１）に到達する（時刻ｔ２）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋２）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ３）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ４）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される（時刻ｔ５～ｔ６）。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ６）。回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ７）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ８～ｔ９）。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒｎが設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ９）。ＲＨ＞Ｒｎであるので、回転数ＲがＲ（ｎ－１）～Ｒｎである期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒｎに到達する（時刻ｔ１０）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１１）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ１２）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ１３～ｔ１４）。以下同様である。日射強度は徐々に減少しているので、回転数Ｒのピーク値も徐々に減少し（時刻ｔ４，ｔ７，ｔ１２，ｔ１７）、安定動作させる回転数も段々と下位の段階へと移行する。したがって、日射強度の減少に応じて太陽電池１の電力供給能力に余裕を持たせながら電動機の回転数を下げていくので、太陽電池１の電力供給能力不足による電動機５の停止を回避することができる。

　以上のように、この実施の形態１では、加速制御モード時に太陽電池１の出力電圧Ｖの変動量ΔＶが所定のしきい値電圧ＶＴＨを超えた場合は加速制御モードから減速制御モードに移行するので、電動機５が停止するのを回避することができる。

　[実施の形態２]
　図９および図１０は、この発明の実施の形態２による電力変換システムに含まれるインバータ制御装置の動作を示すタイムチャートであって、図４と対比される図である。時刻ｔ０～ｔ１では、前回の安定制御モードが実行されており、ある一定の回転数Ｒｎで電動機５が回転駆動されている。時刻ｔ１においてインバータ制御装置は、太陽電池１の出力電圧Ｖ０を検出するとともに、現在の回転数Ｒｎ（たとえば２０００ｒｐｍ）に基づいて次の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）（たとえば２２５０ｒｐｍ）を決め、加速制御モードに移行する。また、ＲｎとＲ（ｎ＋１）の間の回転数、たとえば[Ｒｎ＋Ｒ（ｎ＋１）]／２をしきい値回転数ＲＴＨ（この場合は２１２５ｒｐｍ）とする。

　インバータ制御装置は、加速制御モード時は、電動機５の回転数をＲｎからＲ（ｎ＋１）に向けて増加させながら、太陽電池１の出力電圧Ｖ１を随時検出し、電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求め、ΔＶとしきい値電圧ＶＴＨとの大小を比較する。ΔＶ≦ＶＴＨである場合（図２のΔＶ１の状態）は、太陽電池１の電力供給能力に余裕があると判断し、加速制御モードを続ける（時刻ｔ１～ｔ２）。

　ΔＶ＞ＶＴＨになった場合（図２のΔＶ２の状態）は、現回転数Ｒとしきい値回転数ＲＴＨとの大小を比較する。Ｒ＜ＲＴＨであるときは、太陽電池１の電力供給能力の余裕がより少ないと判断し、図９に示す減速制御モードに移行する（時刻ｔ２）。この減速制御モードでは、加速制御モード時の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）よりも２段階低い回転数Ｒ（ｎ－１）（たとえば１７５０ｒｐｍ）に強制的に電動機５を減速させる。電動機５の回転数がＲ（ｎ－１）に到達したら安定制御モードに移行する（時刻ｔ３）。

　一方、Ｒ≧ＲＴＨであるときは、太陽電池１の電力供給能力の余裕が小さいが、加速制御モードに移行する前の回転数（この場合はＲｎ）を維持するだけの電力供給能力の余裕はあると判断し、図１０に示す減速制御モードに移行する（時刻ｔ２）。この減速制御モードでは、加速制御モード時の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）よりも１段階低い回転数Ｒｎに強制的に電動機５を減速させる。電動機５の回転数がＲｎに到達したら安定制御モードに移行する（時刻ｔ３）。

　図１１は、インバータ制御装置の動作を示すフローチャートであって、図６と対比される図である。図１１を参照して、このフローチャートが図６と異なる点は、ステップＳ１１Ａ，Ｓ１２Ａ，Ｓ１３Ａが追加されている点である。ステップＳ１１においてΔＶ＞ＶＴＨであると判別した場合は、ステップＳ１１Ａにおいて目標回転数－現回転数が１２５ｒｐｍよりも大きいか否か（現回転数がしきい値回転数ＲＴＨよりも小さいか否か）を判別する。目標回転数－現回転数が１２５ｒｐｍよりも大きい場合はステップＳ１２に進み、目標回転数－現回転数が１２５ｒｐｍよりも大きくない場合はステップＳ１２Ａに進む。

　ステップＳ１２Ａにおいて目標回転数が最小回転数＋２５０ｒｐｍよりも大きいか否かを判別する。目標回転数が最小回転数＋２５０ｒｐｍよりも大きい場合はステップＳ１３Ａにおいて目標回転数を１段階低い回転数である２５０ｒｐｍだけ減少させ、目標回転数が最小回転数＋２５０ｒｐｍよりも大きくない場合はステップＳ１４において目標回転数を最小回転数に設定する。ステップＳ６、ステップＳ１３、ステップＳ１３Ａ、またはステップＳ１４の次は、ステップＳ１５において電動機５の減速が完了したか否かを判別し、減速が完了するまで待機する。減速が完了したらステップＳ３に戻る。他の動作は、実施の形態１と同じである。

　図１２は、日射強度が増大している期間（たとえば午前中）における電動機５の回転数Ｒの時間変化を例示するタイムチャートであって、図７と対比される図である。日射強度が増大すると、図中の一点鎖線で示すように、電動機５の回転数の上限値ＲＨも増大する。時刻ｔ０～ｔ４ではＲｎ＜ＲＨ＜ＲＴＨであり、時刻ｔ５～ｔ１５ではＲＴＨ＜ＲＨ＜Ｒ（ｎ＋１）であり、時刻ｔ１６～ｔ２１ではＲ（ｎ＋１）＜ＲＨであるものとする。時刻ｔ０において電動機５は回転数Ｒｎで回転駆動されている。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＜ＲＴＨであるので、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ２）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ３～ｔ４）。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＞ＲＴＨであるので、目標回転数が１段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ７）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される（時刻ｔ８～ｔ９）。時刻ｔ９～ｔ１５の間は、時刻ｔ６～ｔ９の間と同様に回転数Ｒが変化する。

　時刻ｔ１５において１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する。このときＲＨ＞Ｒ（ｎ＋１）であるので、回転数ＲがＲｎ～Ｒ（ｎ＋１）である期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒ（ｎ＋１）に到達する（時刻ｔ１６）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋２）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１７）。このとき、しきい値回転数ＲＴＨは、Ｒ（ｎ＋１）とＲ（ｎ＋２）の間の回転数、たとえば[Ｒ（ｎ＋１）＋Ｒ（ｎ＋２）]／２に更新されている。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＜ＲＴＨであるので、目標回転数が２段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ１８）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると（時刻ｔ１９）、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される。以下同様である。日射強度は徐々に増大しているので、回転数Ｒのピーク値も徐々に増大し（時刻ｔ２，ｔ７，ｔ１０，ｔ１３，ｔ１８）、安定動作させる回転数も段々と上位の段階へと移行する。さらにこの実施の形態２では、実施の形態１と比べてより高い段階の回転数で安定動作させることができるので、日射強度の増大に応じて電動機の仕事量をさらに上げることができる。

　図１３は、日射強度が減少している期間（たとえば夕刻）における電動機５の回転数Ｒの時間変化を例示するタイムチャートであって、図８と対比される図である。日射強度が減少すると、図中の一点鎖線で示すように、電動機５の回転数の上限値ＲＨも減少する。時刻ｔ０～ｔ４ではＲ（ｎ＋１）＜ＲＨであり、時刻ｔ５～ｔ１５ではＲＴＨ＜ＲＨ＜Ｒ（ｎ＋１）であり、時刻ｔ１６～ｔ２２ではＲｎ＜ＲＨ＜ＲＴＨであるものとする。時刻ｔ０において電動機５は回転数Ｒ（ｎ＋１）で回転駆動されている。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋２）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１）。回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、回転数ＲがＲ（ｎ＋１）とＲ（ｎ＋２）の間のＲＴＨよりも低いので、目標回転数が２段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ２）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される（時刻ｔ３～ｔ４）。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ４）。このとき、しきい値回転数ＲＴＨは、ＲｎとＲ（ｎ＋１）の間の回転数、たとえば[Ｒｎ＋Ｒ（ｎ＋１）]／２に更新されている。回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＞ＲＴＨであるので、目標回転数が１段階下の回転数Ｒｎに設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ５）。回転数Ｒが目標回転数Ｒｎに到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒｎに維持される（時刻ｔ６～ｔ７）。時刻ｔ７～ｔ１６の間は、時刻ｔ４～ｔ７の間と同様に回転数Ｒが変化する。

　安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ１６）。回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＜ＲＴＨであるので、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ１７）。回転数Ｒが目標回転数Ｒ（ｎ－１）に到達すると、安定動作時間Ｔｓだけ目標回転数Ｒ（ｎ－１）に維持される（時刻ｔ１８～ｔ１９）。

　時刻ｔ１９において１段階上の目標回転数Ｒｎが設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する。このとき、しきい値回転数ＲＴＨは、Ｒ（ｎ－１）とＲｎの間の回転数、たとえば[Ｒ（ｎ－１）＋Ｒｎ]／２に更新される。時刻ｔ１９～ｔ２０の期間はＲＨ＞Ｒｎであるので、回転数ＲがＲ（ｎ－１）～Ｒｎである期間は電圧変動量ΔＶはしきい値電圧ＶＴＨを超えず、回転数Ｒは目標回転数Ｒｎに到達する（時刻ｔ２０）。安定動作時間Ｔｓが経過すると１段階上の目標回転数Ｒ（ｎ＋１）が設定されて回転数Ｒが徐々に上昇する（時刻ｔ２１）。このとき、しきい値回転数ＲＴＨは、ＲｎとＲ（ｎ＋１）の間の回転数、たとえば[Ｒｎ＋Ｒ（ｎ＋１）]／２に更新される。

　回転数Ｒが日射強度に応じた上限値ＲＨに到達して電圧変動量ΔＶがしきい値電圧ＶＴＨを超えると、Ｒ＜ＲＴＨであるので、目標回転数が２段階下の回転数Ｒ（ｎ－１）に設定されて回転数Ｒを速やかに低下させる（時刻ｔ２２）。以下同様である。日射強度は徐々に減少しているので、回転数Ｒのピーク値も徐々に減少し（時刻ｔ２，ｔ５，ｔ８，ｔ１１，ｔ１４，ｔ１７，ｔ２１）、安定動作させる回転数も段々と下位の段階へと移行する。したがって、この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。また、この実施の形態２では、実施の形態１と比べてより高い段階の回転数で安定動作させようとするので、太陽電池１の電力供給能力に余裕を持たせながら、太陽電池１からの供給電力をより効率よく電動機５の仕事に変換することができる。

　[実施の形態３]
　実施の形態１や２において、加速制御モード時は電動機５の回転数を予め定められた回転数ずつ増大させ、その都度太陽電池１の出力電圧Ｖ１を検出して電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求め、ΔＶとしきい値電圧ＶＴＨとの大小を比較する。たとえば、１０ｒｐｍの刻み量で回転数を増加させる毎に太陽電池１の出力電圧Ｖ１を検出して電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求めるようにする。このようにすれば、現回転数Ｒを正確に検出できるので、現回転数Ｒの目標回転数やしきい値回転数との比較をより正確に行なうことができる。

　一方で、減速制御モード時は、太陽電池１の電力供給能力に対する余裕を速やかに回復させる必要があるので、できるだけ早く減速を完了することが好ましい。しかしながら、現在の回転数に対して大幅に低い回転数をいきなり設定すると、電動機５がインバータ制御装置６からの制御信号についてこれずに脱調してしまう可能性がある。したがって、減速制御モード時は加速制御モード時よりも大きな刻み量で回転数を低下させる。たとえば、加速制御モード時は上記のように１０ｒｐｍの刻み量で回転数を増加させ、減速制御モード時は５０ｒｐｍの刻み量で回転数を低下させる。このようにすれば、速やかに減速制御を完了させることができるので、太陽電池１の電力供給能力に対する余裕を速やかに回復できる。

　さらに、減速制御モード時は、太陽電池１の出力電圧Ｖ１を検出して電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求め、ΔＶとしきい値電圧ＶＴＨとの大小を比較するという処理を行なわないので、より早く減速制御を完了させることができる。

　[実施の形態４]
　上記の実施の形態１～３では、安定制御モードから加速制御モードに移行する直前における太陽電池１の出力電圧Ｖ０を検出し、加速制御モード時における太陽電池１の電圧Ｖ１を随時検出し、それらの差を電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１としている。この方法では、電圧変動量ΔＶの値を大きくできるので、ノイズに強い利点がある。

　その一方で、図１４に示すように、ΔＶの値は累積値となり、現時点の太陽電池１のＰ－Ｖ曲線上の動作点における傾きの検出精度は悪くなる。すなわち加速制御モードの後半（Ｐ１→Ｐ２）の変動量を検出しようとする時、初期値Ｖ０に対する差分ΔＶ２は前半の電圧変動差分値ΔＶ１を含んでおり、誤差が大きくなる。

　そこで、この実施の形態４では、図１５に示すように、加速制御モード時には所定の回転数ΔＲずつ回転数Ｒを増加させ、その前後における太陽電池１の電圧Ｖ０，Ｖ１から電圧変動量ΔＶを求めてもよい。すなわち回転数ＲがＲ０であるときの太陽電池１の電圧Ｖ０を検出し、回転数ＲをＲ１＝Ｒ０＋ΔＲに増加させたときの太陽電池１の電圧Ｖ１を検出し、電圧変動量ΔＶ＝Ｖ０－Ｖ１を求める。

　回転数Ｒの増加分ΔＲが一定であれば、それに伴う消費電力Ｐの増加分ΔＰもほぼ一定とみなすことができるので、微小区間ΔＰにおける電圧変動量ΔＶを求めることになり、太陽電池１のＰ－Ｖ曲線における傾きをより正確に求めることができる。ただし、ΔＶの絶対値が小さくなる傾向があるので、ノイズ対策が必要となる。

　また、上記のΔＲは、実施の形態３における加速制御モード時の刻み量と等しくしてもよく、所定の回数分増加させた分としてもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　太陽電池、２　インバータ、３　平滑コンデンサ、４　スイッチング素子、５　電動機、６　インバータ制御装置。

Claims

　直流電源からの直流電力をインバータによって交流電力に変換し、その交流電力によって電動機を駆動させる電力変換システムにおいて前記インバータを介して前記電動機を制御するインバータ制御装置であって、
　予め設定された複数段階の回転数のうちの選択された第１の目標段階の回転数で前記電動機を回転駆動させる安定制御モードと、
　前記第１の目標段階よりも１段階高い第２の目標段階の回転数に向けて前記電動機の回転数を増大させる加速制御モードと、
　前記加速制御モード時に前記第２の目標段階よりも低い第３の目標段階の回転数に向けて前記電動機の回転数を減少させる減速制御モードとを備え、
　前記加速制御モード時に前記直流電源の出力電圧の変動量が予め定められたしきい値電圧を超えたことに応じて、前記加速制御モードから前記減速制御モードに移行する、インバータ制御装置。
　前記第３の目標段階は前記第２の目標段階よりも２段階低い、請求項１に記載のインバータ制御装置。
　前記直流電源の出力電圧の変動量が前記予め定められたしきい値電圧を超えたときの前記電動機の回転数が前記第１の目標段階の回転数と前記第２の目標段階の回転数との間の予め定められたしきい値回転数よりも低い場合は前記第３の目標段階は前記第２の目標段階よりも２段階低く、前記予め定められたしきい値回転数以上の場合は前記第３の目標段階は前記第２の目標段階よりも１段階低い、請求項１に記載のインバータ制御装置。
　前記加速制御モードでは前記電動機の回転数を予め定められた回転数ずつ増大させ、前記直流電源の出力電圧の変動量は前記予め定められた回転数当たりの変動量である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
　前記直流電源は太陽電池であり、
　前記太陽電池の出力電圧が前記太陽電池の最大電力点の電圧以上になるように前記予め定められたしきい値電圧が設定されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインバータ制御装置。