WO2018087892A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Inventor
慎也 豊留
成雄 梅原
有澤 浩一
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the power converter disclosed in Patent Document 1 sets the phase difference of the carrier signal to 90 ° or 180 ° depending on the operating conditions in order to reduce motor iron loss and carrier noise.
  • 90 ° is ⁇ / 2 [rad]
  • 180 ° is ⁇ [rad].
  • Carrier noise is noise generated by vibration of an electric motor or an inverter circuit due to carrier frequency.
  • the power conversion device according to the present invention has an effect of further reducing motor loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 shows power converter 100 according to Embodiment 1 and double three-phase motor 200 driven by power converter 100.
  • the electric motor 200 has a first three-phase winding part 3 and a second three-phase winding part 4.
  • the first three-phase winding unit 3 includes a first U-phase winding 3a, a first V-phase winding 3b, and a first W-phase winding 3c.
  • the first U-phase winding 3 a is connected to the first U-phase terminal 201 of the electric motor 200
  • the first V-phase winding 3 b is connected to the first V-phase terminal 202 of the electric motor 200
  • Phase winding 3 c is connected to first W-phase terminal 203 of electric motor 200.
  • the second three-phase winding unit 4 includes a second U-phase winding 4a, a second V-phase winding 4b, and a second W-phase winding 4c.
  • the second U-phase winding 4a is connected to the second U-phase terminal 204 of the electric motor 200
  • the second V-phase winding 4b is connected to the second V-phase terminal 205 of the electric motor 200
  • the second W-phase winding 204 Phase winding 4 c is connected to second W-phase terminal 206 of electric motor 200.
  • the power conversion apparatus 100 includes a smoothing capacitor 1 that smoothes input DC power, a first inverter 5 that is connected in parallel to the smoothing capacitor 1 and connected to the first three-phase winding unit 3, and a smoothing A second inverter 6 connected in parallel to the capacitor 1 and connected to the second three-phase winding unit 4, and a control unit 11 that controls the first inverter 5 and the second inverter 6 are provided.
  • the power conversion device 100 includes a first current detection unit 7 that detects a current Iu1 flowing through the first U-phase winding 3a of the first three-phase winding unit 3, and the first three-phase winding unit 3.
  • a second current detector 8 for detecting a current Iw1 flowing in the first W-phase winding 3c and a current Iu2 flowing in the second U-phase winding 4a of the second three-phase winding 4
  • a third current detection unit 9 and a fourth current detection unit 10 that detects a current Iw2 flowing through the second W-phase winding 4c of the second three-phase winding unit 4 are provided.
  • Each of the first current detection unit 7, the second current detection unit 8, the third current detection unit 9, and the fourth current detection unit 10 is a current converter including a resistor.
  • the first current detection unit 7, the second current detection unit 8, the third current detection unit 9, and the fourth current detection unit 10 constitute a current detection circuit 40.
  • the first inverter 5 includes a pair of switching elements 5a and 5b connected in series, a pair of switching elements 5c and 5d connected in series, and a pair of switching elements 5e and 5f connected in series.
  • the switching element pair of the switching elements 5a and 5b, the switching element pair of the switching elements 5c and 5d, and the switching element pair of the switching elements 5e and 5f each constitute an arm.
  • the arm composed of the switching element 5a and the switching element 5b is connected to the first U-phase terminal 201, and the arm composed of the switching element 5c and the switching element 5d is connected to the first V-phase terminal 202,
  • An arm composed of switching element 5e and switching element 5f is connected to first W-phase terminal 203.
  • the second inverter 6 includes a pair of switching elements 6a and 6b connected in series, a pair of switching elements 6c and 6d connected in series, and a pair of switching elements 6e and 6f connected in series.
  • the switching element pair of the switching elements 6a and 6b, the switching element pair of the switching elements 6c and 6d, and the switching element pair of the switching elements 6e and 6f each constitute an arm.
  • the arm composed of the switching element 6a and the switching element 6b is connected to the second U-phase terminal 204, and the arm composed of the switching element 6c and the switching element 6d is connected to the second V-phase terminal 205,
  • the arm constituted by the switching element 6e and the switching element 6f is connected to the second W-phase terminal 206.
  • At least one of the plurality of switching elements constituting the first inverter 5 and the second inverter 6 is formed of a wide band gap semiconductor such as silicon carbide, a gallium nitride material, or diamond.
  • Wide bandgap semiconductors have low loss and high withstand voltage, so using switching elements made of wide bandgap semiconductors makes it possible to convert power compared to switching elements made of silicon-based materials. Since the efficiency is improved and the allowable current density is increased, the power converter 100 can be downsized. In addition, since the wide band gap semiconductor has high heat resistance, it is possible to reduce the size of a radiating fin (not shown) provided in the power conversion device 100.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a control unit included in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the control unit 11 includes a current input unit 20, a frequency detection unit 21, a carrier signal generation unit 22, a first carrier comparison unit 23, a second carrier comparison unit 24, a first voltage command calculation unit 25, and a second voltage.
  • a command calculation unit 26 is provided.
  • FIG. 3 is a diagram showing the first and second carrier signals generated by the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention and the phase difference between the first and second carrier signals.
  • FIG. 3 shows the phase difference ⁇ between the first carrier signal 22a indicated by a solid line and the second carrier signal 22b indicated by a dotted line.
  • FIG. 4 is a diagram showing a specific example of the output result of the frequency detector shown in FIG.
  • the horizontal axis is the frequency
  • the vertical axis is the current value
  • F Amax is the frequency of the frequency component having the maximum amplitude detected by the frequency detector 21.
  • the frequency F Amax is obtained by removing the fundamental wave component from the frequency component.
  • FIG. 5 is a first diagram illustrating the phase difference of the carrier signal generated by the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. From the top of FIG. 5, the waveforms of the first carrier signal 22a and the second carrier signal 22b are shown, and the phase difference ⁇ between the first carrier signal 22a and the second carrier signal 22b is shown. Indicated. The phase difference ⁇ is 90 °.
  • the second from the top of FIG. 5 shows a group of current ripples 28 when the carrier signal phase difference ⁇ is 90 °
  • the third from the top of FIG. 5 shows the carrier signal phase difference ⁇ of 90 °
  • Two groups of current ripples 29 are shown. These are equal to the frequency of the frequency component having the maximum amplitude detected by the frequency detector 21.
  • a group of current ripples is output from the first inverter 5 and supplied to the winding group of the first U-phase winding 3a, the first V-phase winding 3b, and the first W-phase winding 3c.
  • the current ripple which flows into one phase of phase alternating current electric power is shown.
  • the two groups of current ripples are output from the second inverter 6 and supplied to the winding group of the second U-phase winding 4a, the second V-phase winding 4b, and the second W-phase winding 4c.
  • the current ripple which flows into one phase of three-phase alternating current electric power is shown.
  • the two groups of current ripples are in phase with the group of current ripples.
  • FIG. 6 is a second diagram illustrating the phase difference of the carrier signal generated by the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. 6 shows the waveform of the first carrier signal 22a and the waveform of the second carrier signal 22b, and further shows the phase difference ⁇ between the first carrier signal 22a and the second carrier signal 22b. Indicated. The phase difference ⁇ is 180 °.
  • Each of the first current detection unit 7 and the second current detection unit 8 measures the resistance value on the current path between the first inverter 5 and the electric motor 200 at a constant sampling rate, and measures the measured resistance value. Is converted into a current range that can be input to the current input unit 20, and the converted current is output to the current input unit 20 as current Iu1 and current Iw1. Similarly, each of the third current detection unit 9 and the fourth current detection unit 10 measures and measures the resistance value on the current path between the second inverter 6 and the electric motor 200 at a constant sampling rate. The resistance value is converted into a current range that can be input to the current input unit 20, and the converted current is output to the current input unit 20 as a current Iu2 and a current Iw2.
  • the frequency detector 21 calculates a current Iu that is the sum of the current Iu1 and the current Iu2 (step S2).
  • the frequency detection unit 21 performs a fast Fourier transform operation, which is an example of frequency analysis, on the waveform of the current Iu, thereby removing the fundamental component from the frequency component included in the current Iu.
  • a frequency component that is, a maximum frequency component having the largest amplitude is detected (step S3).
  • the frequency detection unit 21 detects the frequency F Amax that is the frequency component with the largest current amount among the frequency components included in the current Iu from the output result shown in FIG.
  • the frequency detection unit 21 outputs the detected frequency F Amax to the carrier signal generation unit 22.
  • the first carrier comparison unit 23 includes the amplitude of the first voltage command 25a, which is a three-phase voltage command calculated by the first voltage command calculation unit 25, and the first carrier generated by the carrier signal generation unit 22. By comparing the amplitude of the signal 22a, a pulse width modulation signal subjected to the pulse width modulation process is generated, and the pulse width modulation signal is amplified to generate a gate drive signal (step S6).
  • the gate drive signal generated by the first carrier comparison unit 23 is input to the plurality of switching elements 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, and 5f constituting the first inverter 5, and the plurality of switching elements 5a, 5b,
  • the three-phase AC power is supplied from the first inverter 5 to the first three-phase winding unit 3 by turning on and off each of 5c, 5d, 5e, and 5f.
  • the gate drive signal generated by the second carrier comparison unit 24 is input to the plurality of switching elements 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, and 6f constituting the second inverter 6, and the plurality of switching elements 6a, 6b, Each of 6c, 6d, 6e, and 6f performs an on / off operation, whereby three-phase AC power is supplied from the second inverter 6 to the second three-phase winding unit 4.
  • Embodiment 2 The power conversion device 100 according to the first embodiment is configured to detect the maximum frequency component from the current ripple of the phase current waveform and reduce the frequency component, thereby correlating with the harmonic content of the current.
  • the second embodiment another example of operation will be described. Since the configuration of power conversion apparatus 100 according to Embodiment 2 is the same as that of Embodiment 1, the description thereof is omitted in Embodiment 2.
  • the carrier signal generation unit 22 calculates the value obtained by squaring the carrier frequency fc and the carrier frequency fc from the equation (2). Based on the above, the phase difference ⁇ of the carrier signal is determined (step S4a).

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Abstract

電力変換装置(100)は、第1の三相巻線部(3)に交流電力を供給する第1のインバータ(5)と、第2の三相巻線部(4)に交流電力を供給する第2のインバータ(6)と、第1のインバータ(5)と第1の三相巻線部(3)との間に流れる電流と、第2のインバータ(6)と第2の三相巻線部(4)との間に流れる電流とを検出する電流検出回路(40)と、第1のインバータ(5)及び第2のインバータ(6)を制御する制御部(11)とを備え、制御部(11)は、電流検出回路(40)で検出された電流に含まれる周波数成分のうち、基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分を検出して電動機(200)に流れる電流のリップルが低減するようにキャリア信号を生成する。

Description

電力変換装置
 本発明は、第1の三相巻線部及び第2の三相巻線部を備える電動機を駆動する電力変換装置に関する。
 特許文献1に開示される電力変換装置は、モータ鉄損及びキャリア騒音を低減するため運転条件に応じてキャリア信号の位相差を90°又は180°に設定する。90°はπ/2[rad]であり、180°はπ[rad]である。キャリア騒音は、キャリア周波数に起因して電動機又はインバータ回路が振動することで発生する騒音である。
特開2014-003783号公報
 特許文献1に開示される電力変換装置では、キャリア信号の位相差が90°又は180°に設定されるが、90°又は180°の位相差がモータ損失を最も抑えることができる位相差であるとは限らず、モータ損失の更なる低減が望まれている。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、更なるモータ損失の低減が可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、第1の三相巻線部及び第2の三相巻線部を備える電動機を駆動する電力変換装置であって、第1の三相巻線部に交流電力を供給する第1のインバータと、第2の三相巻線部に交流電力を供給する第2のインバータと、第1のインバータと第1の三相巻線部との間に流れる電流と、第2のインバータと第2の三相巻線部との間に流れる電流とを検出する電流検出回路と、第1のインバータ及び第2のインバータを制御する制御部とを備える。制御部は、電流検出回路で検出された電流に含まれる周波数成分のうち、基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分を検出して電動機に流れる電流のリップルが低減するようにキャリア信号を生成する。
 本発明に係る電力変換装置は、更なるモータ損失の低減ができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成例を示す図 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置が備える制御部の構成例を示す図 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成される第1及び第2のキャリア信号と、第1及び第2のキャリア信号の位相差とを示す図 図2に示す周波数検出部の出力結果の具体例を示す図 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成されるキャリア信号の位相差を説明する第1の図 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成されるキャリア信号の位相差を説明する第2の図 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート 本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート 図1に示す制御部のハードウェア構成例を示す図
 以下に、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図1には実施の形態1に係る電力変換装置100と電力変換装置100により駆動される二重三相の電動機200とが示される。
 電動機200は、第1の三相巻線部3及び第2の三相巻線部4を有する。第1の三相巻線部3は、第1のU相巻線3a、第1のV相巻線3b及び第1のW相巻線3cを有する。第1のU相巻線3aは電動機200の第1のU相端子201に接続され、第1のV相巻線3bは電動機200の第1のV相端子202に接続され、第1のW相巻線3cは電動機200の第1のW相端子203に接続される。
 第2の三相巻線部4は、第2のU相巻線4a、第2のV相巻線4b及び第2のW相巻線4cを有する。第2のU相巻線4aは電動機200の第2のU相端子204に接続され、第2のV相巻線4bは電動機200の第2のV相端子205に接続され、第2のW相巻線4cは電動機200の第2のW相端子206に接続される。
 電力変換装置100は、入力される直流電力を平滑化する平滑コンデンサ1と、平滑コンデンサ1に並列接続されると共に第1の三相巻線部3に接続される第1のインバータ5と、平滑コンデンサ1に並列接続されると共に第2の三相巻線部4に接続される第2のインバータ6と、第1のインバータ5及び第2のインバータ6を制御する制御部11とを備える。
 また電力変換装置100は、第1の三相巻線部3の第1のU相巻線3aに流れる電流Iu1を検出する第1の電流検出部7と、第1の三相巻線部3の第1のW相巻線3cに流れる電流Iw1を検出する第2の電流検出部8と、第2の三相巻線部4の第2のU相巻線4aに流れる電流Iu2を検出する第3の電流検出部9と、第2の三相巻線部4の第2のW相巻線4cに流れる電流Iw2を検出する第4の電流検出部10とを備える。第1の電流検出部7、第2の電流検出部8、第3の電流検出部9及び第4の電流検出部10のそれぞれは抵抗を含む電流変換器である。第1の電流検出部7、第2の電流検出部8、第3の電流検出部9及び第4の電流検出部10は、電流検出回路40を構成する。
 第1のインバータ5は、直列接続された一対のスイッチング素子5a,5bと、直列接続された一対のスイッチング素子5c,5dと、直列接続された一対のスイッチング素子5e,5fとを備える。スイッチング素子5a,5bのスイッチング素子対と、スイッチング素子5c,5dのスイッチング素子対と、スイッチング素子5e,5fのスイッチング素子対とは、それぞれがアームを構成する。スイッチング素子5a及びスイッチング素子5bで構成されるアームは、第1のU相端子201に接続され、スイッチング素子5c及びスイッチング素子5dで構成されるアームは、第1のV相端子202に接続され、スイッチング素子5e及びスイッチング素子5fで構成されるアームは、第1のW相端子203に接続される。
 第2のインバータ6は、直列接続された一対のスイッチング素子6a,6bと、直列接続された一対のスイッチング素子6c,6dと、直列接続された一対のスイッチング素子6e,6fとを備える。スイッチング素子6a,6bのスイッチング素子対と、スイッチング素子6c,6dのスイッチング素子対と、スイッチング素子6e,6fのスイッチング素子対とは、それぞれがアームを構成する。スイッチング素子6a及びスイッチング素子6bで構成されるアームは、第2のU相端子204に接続され、スイッチング素子6c及びスイッチング素子6dで構成されるアームは、第2のV相端子205に接続され、スイッチング素子6e及びスイッチング素子6fで構成されるアームは、第2のW相端子206に接続される。
 第1のインバータ5及び第2のインバータ6を構成する複数のスイッチング素子の少なくとも1つは、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体によって形成されている。ワイドバンドギャップ半導体は低損失であり耐電圧性が高いため、ワイドバンドギャップ半導体により形成されたスイッチング素子を用いることにより、シリコン系材料により形成されたスイッチング素子を用いた場合に比べて、電力変換効率が向上し、また許容電流密度が高まるため電力変換装置100を小型化できる。またワイドバンドギャップ半導体は耐熱性も高いため、電力変換装置100に設けられる不図示の放熱フィンの小型化が可能である。
 以下では図2から図7を用いて制御部11の構成と電力変換装置100の動作とを説明する。図2は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置が備える制御部の構成例を示す図である。制御部11は、電流入力部20、周波数検出部21、キャリア信号生成部22、第1のキャリア比較部23、第2のキャリア比較部24、第1の電圧指令演算部25及び第2の電圧指令演算部26を備える。
 図3は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成される第1及び第2のキャリア信号と、第1及び第2のキャリア信号の位相差とを示す図である。図3には、実線で示す第1のキャリア信号22aと点線で示す第2のキャリア信号22bとの位相差Δθが示される。
 図4は図2に示す周波数検出部の出力結果の具体例を示す図である。図4において、横軸は周波数、縦軸は電流の値であり、FAmaxは周波数検出部21で検出された最大の振幅を有する周波数成分の周波数である。ただし周波数FAmaxは、当該周波数成分のうち、基本波成分が除かれたものである。
 図5は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成されるキャリア信号の位相差を説明する第1の図である。図5の上から1番目には、第1のキャリア信号22aの波形と第2のキャリア信号22bの波形が示され、さらに第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bの位相差Δθが示される。位相差Δθは90°である。
 図5の上から2番目には、キャリア信号の位相差Δθが90°のときの一群の電流リップル28が示され、図5の上から3番目には、キャリア信号の位相差Δθが90°のときの二群の電流リップル29が示される。これらは周波数検出部21により検出された最大の振幅を有する周波数成分の周波数に等しい。一群の電流リップルは、第1のインバータ5から出力されて第1のU相巻線3a、第1のV相巻線3b及び第1のW相巻線3cの巻線群に供給される三相交流電力の内の1つの相に流れる電流リップルを示す。二群の電流リップルは、第2のインバータ6から出力されて第2のU相巻線4a、第2のV相巻線4b及び第2のW相巻線4cの巻線群に供給される三相交流電力の内の1つの相に流れる電流リップルを示す。二群の電流リップルは一群の電流リップルと同相の電流である。
 図6は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置で生成されるキャリア信号の位相差を説明する第2の図である。図6の上から1番目には、第1のキャリア信号22aの波形と第2のキャリア信号22bの波形が示され、さらに第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bの位相差Δθが示される。位相差Δθは180°である。
 図6の上から2番目には、キャリア信号の位相差Δθが180°のときの一群の電流リップル30が示される。図6の上から3番目には、キャリア信号の位相差Δθが180°のときの二群の電流リップル31が示される。これらは周波数検出部21により検出された最大の振幅を有する周波数成分の周波数に等しい。
 次に電力変換装置100の動作を説明する。図7は本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャートである。図7に示すフローチャートの処理は、予め設定された時間毎に実施され、スタートからエンドまでの処理が実行されると、次の割り込みのタイミングで再びスタートからエンドまでの処理が実行される。また図7に示すフローチャートの処理は、キャリア信号の位相差Δθが0°の状態で電動機200が駆動された後に実行される。キャリア信号の位相差Δθが0°の場合、1台のインバータで1つの電動機200を動かすときの電流が半分にされた電流波形が得られるため、ここでは、この電流波形を基準にして電動機200が駆動されるものとする。なお実施の形態1に係る電力変換装置100は、後述する最大周波数成分を低減できる位相差に設定されればよいため、電動機200の駆動開始時のキャリア信号の位相差Δθは0°に限定されるものではない。
 第1の電流検出部7及び第2の電流検出部8のそれぞれは、一定のサンプリングレートで第1のインバータ5及び電動機200の間の電流経路上の抵抗値を測定して、測定した抵抗値を電流入力部20に入力可能な電流レンジに変換し、変換した電流を電流Iu1,電流Iw1として電流入力部20に出力する。同様に第3の電流検出部9及び第4の電流検出部10のそれぞれは、一定のサンプリングレートで第2のインバータ6及び電動機200の間の電流経路上の抵抗値を測定して、測定した抵抗値を電流入力部20に入力可能な電流レンジに変換し、変換した電流を電流Iu2,電流Iw2として電流入力部20に出力する。
 第1の電流検出部7で検出された電流Iu1と第3の電流検出部9で検出された電流Iu2とは、電流入力部20を介して、周波数検出部21に入力される(ステップS1)。
 周波数検出部21は電流Iu1及び電流Iu2の総和である電流Iuを演算する(ステップS2)。周波数検出部21は、電流Iuの波形に、周波数解析の一例である高速フーリエ変換の演算を施すことにより、電流Iuに含まれる周波数成分のうち、基本波成分を除いて最も電流量が大きい最大周波数成分、すなわち最も振幅が大きい最大周波数成分を検出する(ステップS3)。具体的には、周波数検出部21は、図4に示す出力結果から、電流Iuに含まれる周波数成分のうち、最も電流量が大きい周波数成分である周波数FAmaxを検出する。周波数検出部21は検出した周波数FAmaxをキャリア信号生成部22に出力する。
 キャリア信号生成部22は、(1)式より、周波数検出部21から出力された周波数FAmaxとキャリア周波数fcとに基づいて、キャリア信号の位相差Δθを決定し(ステップS4)、位相差Δθを有する等しい周波数の2つの第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bを生成する(ステップS5)。なお、第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bには一般的に三角波が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 図5に示す一群の電流リップル28及び二群の電流リップル29のそれぞれは、F=2fcの場合に発生する2fcの周波数である電流Iu1,Iu2の電流リップルを模擬している。(1)式よりキャリア信号の位相差はΔθ=90°と定まり、一群の電流リップル28及び二群の電流リップル29が足し合わされることにより、電流波形のリップル幅が低減する。電流波形のリップル幅が低減することにより、第1の三相巻線部3及び第2の三相巻線部4に電流が流れることによって発生する磁束も低減するため、磁束の通路である不図示の鉄心で発生する鉄損を低減できる。従ってモータ損失を低減できる。
 図6に示す一群の電流リップル30及び二群の電流リップル31のそれぞれは、F=fcの場合に発生するfcの周波数である電流Iu1,Iu2の電流リップルを模擬している。(1)式よりキャリア信号の位相差はΔθ=180°と定まり、一群の電流リップル30及び二群の電流リップル31が足し合わされることにより、電流波形のリップル幅が低減する。電流波形のリップル幅が低減することにより、第1の三相巻線部3及び第2の三相巻線部4に電流が流れることによって発生する磁束も低減するため、磁束の通路である不図示の鉄心で発生する鉄損を低減できる。従ってモータ損失を低減できる。
 第1のキャリア比較部23は、第1の電圧指令演算部25で演算された三相電圧指令である第1の電圧指令25aの振幅と、キャリア信号生成部22で生成された第1のキャリア信号22aの振幅とを比較することにより、パルス幅変調処理されたパルス幅変調信号を生成し、パルス幅変調信号を増幅してゲート駆動信号を生成する(ステップS6)。第1のキャリア比較部23で生成されたゲート駆動信号は第1のインバータ5を構成する複数のスイッチング素子5a,5b,5c,5d,5e,5fに入力され、複数のスイッチング素子5a,5b,5c,5d,5e,5fのそれぞれがオンオフ動作することにより、第1のインバータ5から第1の三相巻線部3に三相交流電力が供給される。
 第2のキャリア比較部24は、第2の電圧指令演算部26で演算された三相電圧指令である第2の電圧指令26aの振幅と、キャリア信号生成部22で生成された第2のキャリア信号22bの振幅とを比較することにより、パルス幅変調処理されたパルス幅変調信号を生成し、パルス幅変調信号を増幅してゲート駆動信号を生成する(ステップS6)。第2のキャリア比較部24で生成されたゲート駆動信号は第2のインバータ6を構成する複数のスイッチング素子6a,6b,6c,6d,6e,6fに入力され、複数のスイッチング素子6a,6b,6c,6d,6e,6fのそれぞれがオンオフ動作することにより、第2のインバータ6から第2の三相巻線部4に三相交流電力が供給される。
 第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bの位相差Δθにより電動機200が駆動される(ステップS7)。
 実施の形態1に係る電力変換装置100は、電流検出回路40で検出された時間方向の電流波形に周波数分析を施すことにより、基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分の周波数を検出する周波数検出部21を備え、電動機200に流れる電流のリップルが低減するように、当該周波数成分を低減するキャリア信号を生成する構成であるため、電流の高調波含有率と相関関係にある電動機200の鉄損を低減でき、モータ損失を低減できると共に、キャリア周波数に起因して電動機200、第1のインバータ5又は第2のインバータ6が振動することで発生するキャリア騒音も低減できる。なお周波数検出部21は、電流検出回路40で検出された電流波形から、第1のインバータ5及び第2のインバータ6へ流れる電流の電流波形を算出し、算出された時間方向の電流波形に周波数分析を施すことにより、基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分の周波数を検出するように構成したものでもよい。このように構成された周波数検出部21を備えた電力変換装置100においても上記同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
 実施の形態1に係る電力変換装置100は、相電流の波形の電流リップルから最大周波数成分を検出し、その周波数成分を低減するような構成とすることで、電流の高調波含有率と相関関係にある電動機200の鉄損を低減するように構成されているが、実施の形態2では別の動作例を説明する。実施の形態2に係る電力変換装置100の構成は、実施の形態1と同様であるため、実施の形態2ではその説明を省略する。
 図8は本発明の実施の形態2に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャートである。図7に示すフローチャートと図8に示すフローチャートとの相違点は、図8に示すフローチャートではステップS4の処理の代わりにステップS4aの処理が実行されることである。図8に示すフローチャートのステップS1からステップS3までの処理は、図7に示すフローチャートと同様にあるため、実施の形態2ではその説明を省略する。
 電動機200の高調波鉄損にはキャリア周波数の2乗付近の周波数成分が最も影響を及ぼすため、キャリア信号生成部22は、(2)式より、キャリア周波数fcを2乗した値とキャリア周波数fcとに基づいて、キャリア信号の位相差Δθを決定する(ステップS4a)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 そしてキャリア信号生成部22は、位相差Δθを有する等しい周波数の2つの第1のキャリア信号22a及び第2のキャリア信号22bを生成する(ステップS5)。図8に示すフローチャートのステップS6,S7の処理は、図7に示すフローチャートと同様であるため、実施の形態2ではその説明を省略する。実施の形態2に係る電力変換装置100によれば、実施の形態1の効果に加えて電動機200の高調波鉄損を低減でき、モータ損失をより一層低減できる。
 図9は図1に示す制御部のハードウェア構成例を示す図である。制御部11は、図9に示した制御回路300、すなわちプロセッサ301及びメモリ302により実現することができる。プロセッサ301は、CPU(Central Processing Unit)、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又はDSP(Digital Signal Processor)である。この場合、制御部11の機能は、ソフトウェアにより実現され、ファームウェアにより実現され又はソフトウェア及びファームウェアの組合せにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ302に記憶される。
 プロセッサ301は、メモリ302に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部11の機能を実現する。これらのプログラムは、制御部11が実行する手順をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
 メモリ302は、制御部11の記憶部の機能を実現する。メモリ302は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)及びEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)といった揮発性又は不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク及びDVD(Digital Versatile Disc)が該当する。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
 1 平滑コンデンサ、3 第1の三相巻線部、3a 第1のU相巻線、3b 第1のV相巻線、3c 第1のW相巻線、4 第2の三相巻線部、4a 第2のU相巻線、4b 第2のV相巻線、4c 第2のW相巻線、5 第1のインバータ、5a,5b,5c,5d,5e,5f,6a,6b,6c,6d,6e,6f スイッチング素子、6 第2のインバータ、7 第1の電流検出部、8 第2の電流検出部、9 第3の電流検出部、10 第4の電流検出部、11 制御部、20 電流入力部、21 周波数検出部、22 キャリア信号生成部、22a 第1のキャリア信号、22b 第2のキャリア信号、23 第1のキャリア比較部、24 第2のキャリア比較部、25 第1の電圧指令演算部、25a 第1の電圧指令、26 第2の電圧指令演算部、26a 第2の電圧指令、28,29,30,31 電流リップル、40 電流検出回路、100 電力変換装置、200 電動機、201 第1のU相端子、202 第1のV相端子、203 第1のW相端子、204 第2のU相端子、205 第2のV相端子、206 第2のW相端子、300 制御回路、301 プロセッサ、302 メモリ。

Claims (5)

  1.  第1の三相巻線部及び第2の三相巻線部を備える電動機を駆動する電力変換装置であって、
     前記第1の三相巻線部に交流電力を供給する第1のインバータと、
     前記第2の三相巻線部に交流電力を供給する第2のインバータと、
     前記第1のインバータと前記第1の三相巻線部との間に流れる電流と、前記第2のインバータと前記第2の三相巻線部との間に流れる電流とを検出する電流検出回路と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータを制御する制御部と
     を備え、
     前記制御部は、前記電流検出回路で検出された電流に含まれる周波数成分のうち、基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分を検出して前記電動機に流れる電流のリップルが低減するようにキャリア信号を生成する電力変換装置。
  2.  前記制御部は、
     前記電流検出回路で検出された時間方向の電流波形に周波数分析を施すことにより、前記基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分の周波数を検出する周波数検出部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれをパルス幅変調制御するための複数のキャリア信号を等しい周波数で生成するキャリア信号生成部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれの三相電圧指令を生成する電圧指令演算部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれの前記三相電圧指令と前記複数のキャリア信号のそれぞれとを比較してパルス幅変調信号を生成するキャリア比較部とを備え、
     前記キャリア信号生成部は、前記周波数検出部で検出された前記最大振幅を有する周波数成分の周波数とキャリア周波数とに基づいて決定される位相差を与えて前記複数のキャリア信号を生成する請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  前記制御部は、
     前記電流検出回路で検出された電流波形から、前記第1のインバータ及び前記第2のインバータへ流れる電流の電流波形を算出し、算出された時間方向の電流波形に周波数分析を施すことにより、前記基本波成分を除いた中で最大振幅を有する周波数成分の周波数を検出する周波数検出部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれをパルス幅変調制御するための複数のキャリア信号を等しい周波数で生成するキャリア信号生成部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれの三相電圧指令を生成する電圧指令演算部と、
     前記第1のインバータ及び前記第2のインバータのそれぞれの前記三相電圧指令と前記複数のキャリア信号のそれぞれとを比較してパルス幅変調信号を生成するキャリア比較部とを備え、
     前記キャリア信号生成部は、前記周波数検出部で検出された前記最大振幅を有する周波数成分の周波数とキャリア周波数とに基づいて決定される位相差を与えて前記複数のキャリア信号を生成する請求項1に記載の電力変換装置。
  4.  前記キャリア信号生成部で決定される複数のキャリア信号の前記位相差をΔθとし、前記キャリア周波数をfcとし、前記周波数検出部で検出された前記最大振幅を有する周波数成分の周波数をFAmaxとしたとき、
     前記位相差は、Δθ=(fc/FAmax)×180で演算される請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。
  5.  前記第1のインバータ及び前記第2のインバータを構成する複数のスイッチング素子の少なくとも1つは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項1から請求項4の何れか一項に記載の電力変換装置。
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