JP3286046B2 - 電力変換装置の制御方法 - Google Patents

電力変換装置の制御方法

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JP3286046B2 JP31852293A JP31852293A JP3286046B2 JP 3286046 B2 JP3286046 B2 JP 3286046B2 JP 31852293 A JP31852293 A JP 31852293A JP 31852293 A JP31852293 A JP 31852293A JP 3286046 B2 JP3286046 B2 JP 3286046B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はパルス幅変調制御(P
WM制御)により出力電圧が制御されるチョッパやイン
バータなどの電力変換装置の制御方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図4は例えば特公平3−79959号公
報に示された従来の電力変換装置としてのPWMインバ
ータを示す構成図であり、図4において、51は三相交
流電源59の出力側に接続した整流回路、52は整流回
路51からの直流を交流に変換して負荷としての交流電
動機57に供給するPWMインバータなどの電力変換装
置であり、例えばトランジスタやGTOサイリスタなど
の自己消弧型スイッチング素子を用いて構成されてい
る。
【0003】61は搬送波(キャリア)制御回路53の
出力とキャリア中心周波数設定回路60の出力を加算す
る加算器、54は加算器61の出力側に接続したキャリ
ア信号発生回路、55はキャリア信号発生回路54の出
力と出力電圧パターン発生回路56の出力を比較してP
WM信号を出力する比較器、58は上記PWM信号を増
幅して上記PWMインバータ52に供給するゲート回路
である。
【0004】次に動作について説明する。整流ブリッジ
51は三相交流電源59からの交流を直流に変換し電力
変換装置52に供給する。キャリア制御回路53はキャ
リア信号の周波数を周期的に変化させる正弦波や三角波
等のパターン信号を出力し、またキャリア中心周波数設
定回路60はキャリア信号の中心周波数を設定するため
の一定信号(直流信号)を出力する。つづいて、これら
のパターン信号と中心周波数設定信号を加算器61によ
って加算され、キャリア周波数指令信号としてキャリア
信号発生回路54に入力される。
【0005】上記キャリア信号発生回路54は、このキ
ャリア周波数指令信号の振幅に周波数が比例したキャリ
ア信号を発生する。すると、比較器55は、このキャリ
ア信号の振幅と出力電圧パターン発生回路56から出力
された制御信号の振幅とを比較し、その比較結果をパル
ス幅変調制御で決定されたパルス幅のPWM信号として
ゲート回路58に出力する。つづいて、ゲート回路58
は、PWM信号を増幅して電力変換装置52を制御す
る。
【0006】以上のようなPWM制御動作によって、電
力変換装置52は出力電圧パターン発生回路56の出力
信号に比例した交流電圧を出力し、交流電動機57を駆
動する。ここで、キャリア制御回路53はキャリア信号
発生回路54から出力されるキャリア信号の周波数を時
間的に変化させる。従って、PWMインバータ52の出
力電圧に含まれる高調波成分はその周波数が時間的に変
化し、同一周波数の高調波が連続して交流電動機57に
印加されることがなくなる。その結果、交流電動機57
の発生する磁気音は、キャリア周波数、つまりPWM信
号の周波数を時間的に変化させることにより、周波数分
布が分散分布するようになる。このため、磁気音のピー
クレベルが減少し磁気音を低減できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、磁気音の低減効果を
上げるために、キャリア周波数を大幅に変化させようと
すると、このキャリア周波数に比例して電力変換装置を
構成するスイッチング素子のスイッチング損失が増大す
る。このため、キャリア周波数が高い領域において、ス
イッチング損失による発熱という問題点があった。
【0008】また、現在ではPWM制御を行うためにマ
イクロコンピュータを利用することが多いが、この場合
は通常、キャリア周波数に同期してPWM制御が行われ
る。このキャリア周波数を時間的に変化させると、キャ
リア周波数が高くなる領域ではキャリア周期、すなわち
PWM制御の演算周期が短くなるため、演算時間が不足
するという問題点があった。
【0009】一方、キャリア周波数が低い領域では、演
算時間の問題は生じないが、PWM制御の演算周期が長
くなるため、電圧指令の更新周期が長くなる。その結
果、交流電動機に供給される一次電流のリプルが増加
し、ひいては交流電動機のトルクリプルや高調波損失が
増加を引き起こすという問題点があった。
【0010】この発明は上記のような従来の問題点を解
消するためになされたもので、請求項1および請求項2
の発明は、キャリア信号の1周期間における出力電圧の
発生タイミングを時間的に変化させて、高調波成分に起
因する磁気音を低減することのできる電力変換装置の制
御方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る電
力変換装置の制御方法は、キャリア信号の1周期間にお
ける出力電圧の平均値を電圧指令に一致させるとともに
パルス幅変調制御で決定されたパルス幅を変えることな
く該出力電圧の発生タイミングを時間的に変化させるも
のである。
【0012】 請求項2の発明に係る電力変換装置の制御
方法は、キャリア信号の1周期間における出力電圧の平
均値を電圧指令に一致させるとともにパルス幅変調制御
で決定されたパルス幅を変えることなく、前記出力電圧
を得るスイッチング素子のオンタイミングまたはオフタ
イミングのいずれか一方を時間的に変化させるものであ
る。
【0013】
【作用】請求項1の発明における電力変換装置の制御方
法は、キャリア信号の1周期間における出力電圧の平均
値を電圧指令に一致させるとともにパルス幅変調制御で
決定されたパルス幅を変えることなく該出力電圧の発生
タイミングを時間的に変化させることにより、同一周波
数の高調波が連続して負荷に印加されることがなくな
り、高調波成分に起因する磁気音の発生を低減できる。
【0014】請求項2の発明における電力変換装置の制
御方法は、キャリア信号の1周期間における出力電圧の
平均値を電圧指令に一致させるとともにパルス幅変調制
御で決定されたパルス幅を変えることなく、出力電圧を
得るスイッチング素子のオンタイミングまたはオフタイ
ミングのいずれか一方を時間的に変化させることによ
り、請求項1の発明と同様の効果が得られる。
【0015】
【実施例】実施例1. 以下、この発明の実施例を図について説明する。図1は
請求項1、2の発明の実施例を示す回路図であり、図1
において、1は降圧チョッパ回路である。この降圧チョ
ッパ回路1は出力端子7,8の一方の端子8と入力端子
9,10の一方の端子9との間にトランジスタなどのス
イッチング素子3とリアクトル5を直列に接続し、上記
出力端子7,8間にコンデンサ6を接続し、上記スイッ
チング素子3とリアクトル5の接続点にダイオード4の
カソードを接続し該ダイオードのアノードを入力端子1
0に接続した構成であり、上記入力端子9,10間に直
流電源2を接続し、上記出力端子7,8間にモータ等の
負荷(図示せず)を接続している。従って、スイッチン
グ素子3のオン,オフにより、出力電圧が負荷に供給さ
れる。
【0016】 11はスイッチング素子3に接続したスイ
ッチング信号発生手段であり、例えば遅延回路で構成さ
れている。12と13はスイッチング信号発生手段11
に接続した比較器とタイミング信号発生手段、14は比
較器12に接続した電圧指令信号発生手段であり、例え
ばV/Fパターンを記憶したROM14aを有し、外部
より与えられる速度指令信号Fに対応した電圧指令信号
* を出力する。15は比較器12とタイミング信号発
生手段13に接続したキャリア信号発生手段であり、例
えば水晶発振器15aと該水晶発振器の出力信号を計数
するカウンタ15bを有し、このカウンタ15bの出力
信号を直接クロックと出力するとともにディジタル/ア
ナログ(D/A)コンバータ15cを通してキャリア信
号aとして出力する。
【0017】 上記タイミング信号発生手段13はキャリ
ア信号(のこぎり波)の立ち下がりに同期したクロック
を入力し、このクロックの数をカウントするカウンタ1
6と、そのカウント数をアドレスとして入力すると、キ
ャリア周期T内における上記スイッチング素子3のオン
タイミングを遅れ時間Td分変化させるタイミング信号
tを正弦波、三角波やランダム等のパターン信号で出力
するROM17から構成されている。
【0018】 次に、実施例1の動作について説明する。
直流電源2は直流電圧を降圧チョッパ回路1の入力端子
9と10の間に印加する。キャリア信号発生手段15は
キャリア周期Tのキャリア信号a(のこぎり波)とキャ
リア信号の立ち下がりに同期したクロック信号を出力す
る。電圧指令信号発生手段14は電圧指令信号V* を出
力する。
【0019】 比較器12はオン時間信号発生手段に相当
し、キャリア信号発生手段15からキャリア周期Tのキ
ャリア信号a(のこぎり波)を、電圧指令信号発生手段
14から電圧指令信号V* を入力し、両者の振幅を比較
して図2に示すように、電圧指令信号V* がキャリア信
号aより大きいときはHighレベルを、小さいときは
Lowレベルの2値信号であるオン時間信号Oをスイッ
チング信号発生手段11に出力する。このオン時間信号
Oは降圧チョッパ回路1を構成するスイッチング素子3
のキャリア周期T内でのオン時間Tonに比例した信号で
ある。
【0020】 スイッチング信号発生手段11は上記オン
時間信号Oとタイミング信号発生手段13より出力され
るタイミング信号tを入力し、図3に示すようにオン時
間信号Oをタイミング信号tにより遅れ時間Td分だけ
遅らせて、パルス幅変調制御で決定されたパルス幅を変
えることなく、上記スイッチング素子3を駆動するスイ
ッチング信号sを作成し上記スイッチング素子3に送出
する。その結果、降圧チョッパ回路1の出力端子7およ
び8間には上記キャリア信号aの一周期T間の平均値と
して Vout =Ton/T×Vin(=V* )・・・・・・・・・・・(1) の上記電圧指令信号V* に一致する出力電圧が得られ
る。
【0021】 ここで、スイッチング信号発生手段11は
比較器12から出力されるオン時間信号Oのオンタイミ
ングを、タイミング信号発生手段13からのタイミング
信号tで時間的に変化させるため、降圧チョッパ回路1
の出力電圧に含まれる高調波成分は、キャリア周波数が
一定であっても時間的に変化するようになり、同一周波
数の高調波が連続することがなくなる。
【0022】 なお 、上記の実施例においては、キャリア
信号の1周期間におけるスイッチング素子のオンタイミ
ングまたはオフタイミングのいずれか一方を時間的に変
化させているが、スイッチング素子のオン・オフタイミ
ングは変化させることなく、スイッチング素子の出力を
負荷に供給する系路に例えば遅延回路を設け、この遅延
回路の遅延時間を変化させて、キャリア信号の1周期間
における負荷への給電タイミングを変化させても、上記
の実施例と同様の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1および請求項2
の発明によれば、パルス幅変調制御で決定されたパルス
幅を変えることなく、キャリア信号の1周期間における
出力電圧の発生タイミングを時間的に変化させるもので
あり、上記出力電圧の発生タイミングを変化させるため
にスイッチング素子のオンタイミングまたはオフタイミ
ングのいずれか一方を時間的に変化させるように構成し
たので、同一周波数の高調波が連続して負荷に印加され
ることがなくなり、高調波成分に起因する磁気音の発生
を低減できる効果がある。また、キャリア信号の周波数
を変化させないので、周波数が高い領域におけるスイッ
チング損失による発熱、演算時間の不足、あるいは周波
数が低い領域におけるリプルの増加等の発生を未然に防
止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による電力変換装置の制御
装置を示す構成図である。
【図2】この発明の実施例1における比較器の動作波形
を示す説明図である。
【図3】この発明の実施例1におけるスイッチング信号
発生手段の動作波形を示す説明図である。
【図4】 従来の電力変換装置の制御装置を示す構成図で
ある。
【符号の説明】
3 スイッチング素子 11 スイッチング信号発生手段 12 比較器(オン時間信号発生手段) 13 タイミング信号発生手段 14 電圧指令信号発生手段 15 キャリア信号発生手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−121065(JP,A) 特開 平3−60376(JP,A) 特開 平3−218265(JP,A) 特開 平4−46568(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 3/155 H02P 7/63

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス幅変調制御により出力電圧を制御
    する電力変換装置の制御方法において、キャリア信号の
    1周期間における前記出力電圧の平均値を電圧指令に一
    致させるとともに前記パルス幅変調制御で決定されたパ
    ルス幅を変えることなく該出力電圧の発生タイミングを
    時間的に変化させることを特徴とする電力変換装置の制
    御方法。
  2. 【請求項2】 パルス幅変調制御により出力電圧を制御
    する電力変換装置の制御方法において、キャリア信号の
    1周期間における前記出力電圧の平均値を電圧指令に一
    致させるとともに前記パルス幅変調制御で決定されたパ
    ルス幅を変えることなく、前記出力電圧を得るスイッチ
    ング素子のオンタイミングまたはオフタイミングのいず
    れか一方を時間的に変化させることを特徴とする電力変
    換装置の制御方法。
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JP6751496B2 (ja) * 2016-09-09 2020-09-09 株式会社デンソー 駆動装置

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