JP5338160B2

JP5338160B2 - 電力変換装置の電圧制御装置

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Publication number: JP5338160B2
Application number: JP2008176906A
Authority: JP
Inventors: 俊行馬場; 正徳安江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP2010017058A

Description

この発明は、電力変換装置の電圧制御装置に関するものである。

電力変換装置として、コンバータやインバータが利用されている。即ち、コンバータにより、交流電力が直流電力に変換される。また、インバータにより、直流電力が交流電力に変換される。この電力により、様々な機器、モータ等が駆動される。そして、コンバータやインバータのスイッチング制御方式においては、短絡防止時間（以下、デッドタイムという）が設けられる。このデッドタイムにより、正側と負側のスイッチング素子が同時に導通しないようになっている。しかし、このデッドタイムの影響で、制御演算により求めた電圧指令値とコンバータあるいはインバータから実際に出力される電圧との間には、過不足電圧が発生する。この過不足電圧により、出力電圧が歪むと同時に、電流波形の脈動が発生する。

この問題を解決する手段として、インバータの出力電流の検出極性あるいは電流指令の極性を用いて、デッドタイム補償の極性を決定し、さらに、電流の大きさに応じてデッドタイム補償の振幅を決定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、モータを可変速制御する場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる。この手段は、コンバータにも適用可能である。

特開平３−１３５３８９号公報

上記構成のインバータやコンバータは、通常、デッドタイムによる過不足電圧を含んだ補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えない範囲で利用される。しかし、近年、電力負荷の増大や機器の小型化の要求がある。この要求に対し、力行運転中のインバータや回生運転中のコンバータは、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた飽和領域で、利用される場合が多くなってきた。この場合、特許文献１記載のものにおいても、出力電圧を制御する最終電圧指令値が、電圧リミッタ値に制限される。この制限により、出力電圧が不連続となり、電流波形の脈動が発生し、高調波が発生するという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる電力変換装置の電圧制御装置を提供することである。

この発明に係る電力変換装置の電圧制御装置は、電力変換装置の出力電圧の目標値となる電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、前記電力変換装置の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算するデッドタイム補正値演算部と、前記電圧指令値に前記過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算するデッドタイム補正部と、前記補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する電圧飽和判定部と、前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えていない場合は、前記補正後電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧を制御し、前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えている場合は、前記電力変換装置の出力電圧の平均が前記電圧指令値に近接するように、前記電力変換装置の出力電圧を制御する最終電圧指令値を、前記電圧リミッタ値と前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択する電圧飽和時指令値レベル補償部とを備え、前記電圧飽和時指令値レベル補償部は、前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えた場合に、前記補正後電圧指令値から前記電圧リミッタ値を減算して電圧差異を演算し、前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも小さい場合は、前記電圧リミッタ値を、前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値を維持して新たな電圧差異とし、前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも大きい場合は、前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値を前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値から前記過不足電圧値を減算して新たな電圧差異とし、前記新たな電圧差異と前記過不足電圧値の半分とを比較して、前記最終電圧指令値の選択を繰り返すものである。

この発明によれば、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えた場合でも、電流波形の脈動を抑制することができる。

この発明を実施するための最良の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が利用されるエレベータシステムを示す図である。

図１において、１はかごである。２は釣合い錘である。かご１及び釣合い錘２は、主ロープ３に、吊り下げられる。主ロープ３は、駆動シーブ４に巻き掛けられる。駆動シーブ４は、巻上機のモータ５に設けられる。モータ５には、電力変換装置６から交流電力が供給される。この交流電力の供給により、モータ５が回転駆動する。この回転駆動により、駆動シーブ４と主ロープ３の間に、摩擦力が発生する。この摩擦力により、主ロープ３が駆動される。この駆動により、かご１及び釣合い錘２が昇降する。

ここで、電力変換装置６を、より詳細に説明する。
電力変換装置６は、コンバータ７及びインバータ８からなる。コンバータ７及びインバータ８は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体デバイス等からなる。コンバータ７には、３相交流電源９から交流電力が供給される。コンバータ７は、交流電力を整流して直流電力に変換する。そして、コンバータ７は、直流電力を直流母線１０に出力する。直流母線１０の正極側と負極側との間には、コンデンサ１１が接続される。コンデンサ１１は、一定の脈動電流等の影響を除去する。

インバータ８には、直流母線１０から直流電力が供給される。インバータ８は、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する。そして、インバータ８は、交流電力をモータ５に供給する。このとき、かご負荷検出装置１２が、かご負荷を検出している。また、速度検出器１３が、モータ５の回転速度を検出している。そして、かご負荷及びモータ５の回転速度に関する情報は、電圧制御装置１４に入力される。電圧制御装置１４は、これらの情報に基づいて、インバータ８を制御する。これにより、モータ５の出力トルク及び回転数が調整され、かご１の運転速度が制御される。

次に、電圧制御装置１４を、より詳細に説明する。
電圧制御装置１４は、コンバータ用電圧制御装置１５、速度制御装置１６からなる。コンバータ用電圧制御装置１５は、電流指令演算部１５ａ、電圧指令演算部１５ｂ、２相変調誤差分補正演算部１５ｃ、デッドタイム補正値演算部１５ｄ、デッドタイム補正部１５ｅを備える。

電流指令演算部１５ａには、直流母線１０の母線電圧値と母線電圧指令値とが入力される。そして、電流指令演算部１５ａは、これらの値に基づいて、交流電源９とコンバータ７との間の電流指令値を演算する。電圧指令演算部１５ｂには、電流指令値が入力される。また、電圧指令演算部１５ｂには、交流電源９とコンバータ７との間の電流検出値も入力される。そして、電圧指令演算部１５ｂは、これらの値に基づいて、電力変換装置６の出力電圧の目標値となる電圧指令値を演算する。この電圧指令値は、スイッチング理想状態のものである。

２相変調差分補正演算部１５ｃには、電圧指令値が入力される。そして、２相変調差分補正演算部１５ｃは、電圧指令値に対し、２相変調を適用する。デッドタイム補正値演算部１５ｄには、電流検出値あるいは電流指令値が入力される。そして、デッドタイム補正値演算部１５ｄは、電力変換装置６の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算する。具体的には、過不足電圧値は、「過不足電圧値Ｖｔｄ＝母線電圧値Ｅｄ×デッドタイムＴｄ×キャリア周波数ｆｃ」で演算される。この演算は、一般的に用いられるものである。具体的には、過不足電圧値の極性が電流検出値や電流指令値に基づいて決定される。また、過不足電圧値の振幅は、電流検出値の大きさに応じて変化する。

デッドタイム補正部１５ｅには、２相変調後の電圧指令値と過不足電圧値とが入力される。そして、デッドタイム補正部１５ｅは、２相変調後の電圧指令値に過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算する。即ち、デッドタイム補正部１５ｅは、過不足電圧値を、フィードフォワードで補正する。

速度制御装置１６は、速度パターン生成部１６ａ、速度制御部１６ｂを備える。速度パターン生成部１６ａは、運転モード、かご負荷、モータ５の回転速度に応じて、かご速度パターンを生成する。速度制御部１６ｂは、速度制御器、電流制御器を備える。また、詳細は図示しないが、速度制御部１６ｂは、コンバータ７と同様のデッドタイム補正値演算部、デッドタイム補正部も備える。速度制御器は、速度パターン、モータ５の回転速度、かご位置情報に基づいて、電流指令値を演算する。電流制御器は、電流指令値と電流検出値とに基づいて、電圧指令値を演算する。その後の処理は、コンバータ用電圧制御装置１５と同様である。

次に、図２を用いて、本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置１５等が適用する２相変調の原理を説明する。なお、２相変調の手段は公知である。このため、以下では、要点のみ示す。
図２はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が行う２相変調の原理を説明するための図である。

図２（ａ）〜（ｃ）において、横軸は電気角を表し、縦軸はそれぞれ各相の電圧指令値、２相変調後の電圧指令値、２相変調後の電圧指令値から演算した線間電圧を表す。図２には、電気角６０（ｄｅｇ）毎に固定相を決定し、順次移動させる場合が示される。

図２（ａ）において、１７ａ〜１７ｃはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値である。図２（ａ）に示すように、電圧指令値の絶対値が最大となる相は、電気角６０（ｄｅｇ）毎に入れ替わる。図２（ｂ）において、太線１８ａ〜１８ｃは、２相変調後の各相の電圧指令値である。図２（ｂ）に示すように、２相変調では、各相が、電気角６０（ｄｅｇ）毎に入れ替わって固定相となる。具体的には、固定相の電圧指令値が、＋側電圧リミッタ値あるいは−側電圧リミッタ値に固定される。一方、固定相以外の相の電圧指令値は、電圧リミッタ値と元の電圧指令値との差分の補正が行われる。

図２（ｃ）において、１９ａ〜１９ｃは、それぞれＵ相とＶ相との間の線間電圧、Ｖ相とＷ相との間の線間電圧、Ｗ相とＵ相との間の線間電圧である。図２（ｃ）に示すように、線間電圧は正弦波となる。このため、原理的に、電流波形の脈動の発生が抑制される。即ち、電圧利用率が改善される。また、固定相の電圧指令値は、電圧リミッタ値に固定される。このため、固定相の半導体素子（スイッチング素子）は、連続ＯＮあるいは連続ＯＦＦ状態となる。即ち、固定相のＰＷＭスイッチングは、不要である。このため、固定相には、デッドタイムによる過不足電圧が発生しない。即ち、固定相のスイッチングロスが低減される。

次に、コンバータ７の力行運転を考える。
図３はコンバータの力行運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。
図３において、横軸は電圧指令値を表し、縦軸は補正後電圧指令値を表す。

図３（ａ）には、補正後電圧指令値の概念図が示される。図３（ａ）において、２０は電圧指令値である。２１ａは電圧指令値に対し、デッドタイムによる過電圧を含んだ場合の出力電圧である。２２は補正後電圧指令値である。図３（ａ）に示すように、コンバータ７の力行運転時において、出力電圧２１ａには、デッドタイムの影響で、過電圧分が含まれる。コンバータ用電圧制御装置１５は、この過電圧値を演算する。コンバータ用電圧制御装置１５は、電圧指令値２０から過電圧値を減算し、補正後電圧指令値２２を演算する。コンバータ用電圧制御装置１５は、この補正後電圧指令値２２に基づいて、各相のスイッチング素子をフィードフォワードで制御する。

図３（ｂ）には、図３（ａ）の補正後電圧指令値と出力電圧の関係の模式図が示される。図３（ｂ）に示すように、補正後電圧指令値２２で制御した出力電圧２１ｂは、電圧指令値２０と同等となる。即ち、丸枠で囲んだ電圧リミッタ値近傍でも、電圧不連続点は発生しない。

次に、コンバータ７の回生運転を考える。
図４はコンバータの回生運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。

図４は図３相当図である。図４（ａ）には、補正後電圧指令値の概念図が示される。図４（ａ）に示すように、コンバータ７の回生運転時において、出力電圧２１ａには、デッドタイムの影響で、不足電圧分が含まれる。コンバータ用電圧制御装置１５は、この不足電圧値を演算する。そして、コンバータ用電圧制御装置１５は、電圧指令値２０に不足電圧値を加算し、補正後電圧指令値２２を演算する。コンバータ用電圧制御装置１５は、この補正後電圧指令値２２に基づいて、各相のスイッチング素子をフィードフォワードで制御する。

図４（ｂ）には、図４（ａ）の補正後電圧指令値と出力電圧の関係の模式図が示される。
図４（ｂ）に示すように、補正後電圧指令値２２が電圧リミッタ値を超えた場合は、電力変換装置６の出力電圧を制御する最終電圧指令値が電圧リミッタ値に制限される。このため、電圧リミッタ値近傍では、出力電圧２１ｂは、電圧指令値２０と同等とならない。即ち、丸枠で囲んだ電圧リミッタ値近傍で、電圧不連続点が発生する。

図５はコンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第１の例を示す図である。
図５には、電気角６０（ｄｅｇ）毎の固定相以外で、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えたときに、最終電圧指令値が電圧リミッタ値に制限される場合が示される。
図５（ａ）〜（ｄ）において、横軸は電気角を表し、縦軸はそれぞれ各相の２相変調後の補正後電圧指令値、最終電圧指令値、実際の出力電圧、実際の線間電圧を表す。

図５（ａ）には、補正後電圧指令値が示される。図５（ａ）において、２３ａ〜２３ｃは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の補正後電圧指令値である。図５（ａ）に示すように、Ａ部（Ｕ相）、Ｂ部（Ｖ相）、Ｃ部（Ｗ相）では、補正後電圧指令値２３ａ等が、電圧リミッタ値を超えている。

図５（ｂ）には、Ａ〜Ｃ部等において、最終電圧指令値が、電圧リミッタ値に制限される場合が示される。図５（ｂ）において、２４ａ〜２４ｃは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の最終電圧指令値である。このとき、例えば、２４０〜３００（ｄｅｇ）の期間において、Ｕ相電圧は、固定相となっている。しかし、その前後の２１０〜２４０（ｄｅｇ）や３００〜３３０（ｄｅｇ）の期間において、Ｕ相は、固定相ではない。このため、実際には、Ｕ相のスイッチング素子は、スイッチングを行う。

図５（ｃ）には、図５（ｂ）の電圧指令値に対する実際の出力電圧２５ａ〜２５ｃが示される。図５（ｃ）に示すように、Ｄ部では、出力電圧２５ａが、レベル１とレベル２との間で急峻に変化する。この変化量は、デッドタイムによる不足電圧分に相当する。図５（ｄ）には、図５（ｃ）の実際の出力電圧を変換した線間電圧２６ａ〜２６ｃが示される。図５（ｄ）に示すように、Ｅ部では、線間電圧２６ａが、急峻に変化する。この変化は、図５（ｃ）のＤ部の変化に対応して発生する。そして、Ｅ部に対応する位相で、電流波形の脈動が発生する。

図６はコンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第２の例を示す図である。
図６は図５相当図である。図６には、電気角６０（ｄｅｇ）毎の固定相以外で、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えたときに、固定相と同様に、スイッチングをしないように設定された場合が示される。即ち、図６においては、図５の場合と異なり、電気角６０（ｄｅｇ）毎の両端部の電圧リミッタ値が超えた部分も固定相と考えることができる。即ち、変調モードが、２相変調から１相変調に変更される。

図６（ａ）には、補正後電圧指令値が示される。図６（ａ）に示すように、Ａ部（Ｕ相）、Ｂ部（Ｖ相）、Ｃ部（Ｗ相）では、補正後電圧指令値２３ａ等が、電圧リミッタ値を超えている。図６（ｂ）には、Ａ〜Ｃ部等の補正後電圧指令値が、電圧リミッタ値で制限される場合が示される。このとき、例えば、２４０〜３００（ｄｅｇ）の期間において、Ｕ相電圧は、固定相となっている。また、その前後の２１０〜２４０（ｄｅｇ）や３００〜３３０（ｄｅｇ）の期間も、Ｕ相は、固定相となる。このため、Ｕ相のスイッチング素子は、スイッチングを行わない。

図６（ｃ）には、図６（ｂ）の電圧指令値に対する実際の出力電圧が示される。図６（ｃ）に示すように、図５（ｃ）のＤ部に相当する位相では、実電圧の急峻な変化はない。このため、デッドタイムによる不足電圧は解消される。しかし、図５（ｃ）のＤ部とずれた位相のＦ部において、出力電圧２５ａが、急峻に変化する。

図６（ｄ）には、図６（ｃ）の実際の出力電圧を変換した線間電圧２６ａ〜２６ｃが示される。図６（ｄ）に示すように、Ｇ部では、線間電圧２６ａが、急峻に変化する。この変化は、図６（ｃ）のＦ部の変化に対応して発生する。そして、Ｇ部に対応する位相で、電流波形の脈動が発生する。

本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置１５は、上記電流脈動の発生を抑制するように、コンバータ７の出力電圧を制御することに特徴を有する。以下、図１、図７〜図１０を用いて、本実施の形態のコンバータ用電圧制御装置１５を詳細に説明する。

図１において、コンバータ用電圧制御部１５は、電圧飽和時指令値レベル補償部１５ｆを備える。電圧飽和時指令値レベル補償部１５ｆは、電圧飽和判定部１５ｇ、電圧出力レベル選択部１５ｈを備える。電圧飽和判定部１５ｇは、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する。電圧出力レベル選択部１５ｈは、電圧飽和時に、適宜、電圧レベルを選択し、電力変換装置６の出力電圧を制御する最終電圧指令値を決定する。

即ち、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えていない場合、電圧飽和時指令値レベル補償部１５ｆは、補正後電圧指令値に基づいて、コンバータ７の相の出力電圧を制御する。一方、補正後電圧指令値が電圧リミッタを超えている場合、電圧飽和時指令値レベル補償部１５ｆは、最終電圧指令値に基づいて、コンバータ７の相の出力電圧を制御する。

次に、図７〜図１０を用いて、コンバータ用電圧制御装置１５の動作をより詳細に説明する。
図７は図５のＵ相の電圧指令値が電圧リミッタ値を超えるＡ部周辺の状態を示した図である。なお、簡略化のため、Ｕ相の電圧指令値は直線と仮定する。
図７において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧指令値及び出力電圧を示す。図７（ａ）には、本実施の形態特有の電圧制御を行わない場合が示される。一方、図７（ｂ）には、本実施の形態特有の電圧制御が行われる場合が示される。

図７（ａ）に示すように、本実施の形態特有の電圧制御を行わない場合、２相変調変動Ａ区間においては、補正後電圧指令値２７が電圧リミッタ値を超えていない。この場合、補正後電圧指令値２７に基づいて、出力電圧が制御される。２相変調変動Ｂ区間においては、補正後電圧指令値２７が電圧リミッタ値を超えている。この場合、最終電圧指令値２８は、電圧リミッタ値に制限される。このため、出力電圧は、一定値となる。

即ち、２相変調変動Ｂ区間においては、斜線部に相当する電圧分が不足する。２相変調固定相区間では、該当相のスイッチング素子のスイッチングが停止する。このため、デッドタイムによる過電圧は発生しない。即ち、電圧リミッタ値が、そのまま出力される。その結果、２相変調変動Ｂ区間と２相変調固定相区間との間で、電圧不連続点が発生する。

一方、図７（ｂ）に示すように、本実施の形態特有の電圧制御を行う場合、２相変調変動Ａ区間においては、補正後電圧指令値２７が電圧リミッタ値を超えていない。この場合、補正後電圧指令値２７に基づいて、出力電圧が制御される。２相変調変動Ｂ区間においては、補正後電圧指令値２７が電圧リミッタ値を超えている。この場合、出力電圧の平均が電圧指令値に近接するように、最終電圧指令値（図７（ｂ）においては図示せず）が、電圧リミッタ値と電圧リミッタ値に過不足電圧値を合算した値とから選択される。

図８はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が行う電圧制御をより詳細に説明するための図である。
図８において、横軸は時間を表し、縦軸は電圧指令値及び出力電圧を示す。図８では、２相変調変動Ｂ区間は、複数の区間に分割される。具体的には、Ｂ区間は、制御演算周期Ｔｓ毎に分割される。

そして、制御演算周期Ｔｓ毎に、最終電圧指令値が選択される。具体的には、（ｃ）区間では、最終電圧指令値として、電圧リミッタ値が選択される。一方、（ｄ）区間では、最終電圧指令値として、電圧リミッタ値に過不足電圧値を合算した電圧指令値が選択される。その結果、（ｃ）区間では、出力電圧２９の値は、レベル１となる。一方、（ｄ）区間では、出力電圧２９の値は、レベル２となる。この出力電圧２９の平均は、電圧指令値３０に近接する。

最終電圧指令値の選択アルゴリズムは、様々なものが考えられる。以下では、その一例を説明する。
図９はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのタイミングチャートである。
図１０はこの発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのブロック図である。
ここで、図１０は、図９を別表現したものである。このため、以下では、図９のみの説明を行う。

電圧飽和時によるレベル１及び２の切り替えは、図８の２相変調変動Ｂ区間で実施される。このため、ステップＳ１で、当該相が固定相であれば、ステップＳ２に進まず、次回サンプリング時に、ステップＳ１から再度開始する。一方、当該相が固定相でなければ、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、「電圧指令値＞電圧リミッタ値」が真であるか否かが判断される。当該判断が真であれば、電圧飽和状態と判定され、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３から、電圧選択レベルアルゴリズムが開始される。まず、「電圧差異＝電圧指令値−電圧リミッタ値」が演算され、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、「電圧差異＞過不足電圧値の１／２」が真であるか否かが判断される。当該判断が真であれば、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、次回電圧指令値としてレベル２を選択し、２相変調の固定相としての動作をさせ、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、次回制御演算周期Ｔｓにおいて、電圧差異の判断を実施するため、「新電圧差異積分値＝旧電圧差異積分値−過不足電圧値」が演算され、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ４で、当該判断が真でなければ、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、次回電圧指令値に電圧レベル１を選択し、ステップＳ１に戻る。なお、ステップＳ２で、当該判断が真でなければ、電圧飽和状態にないと判定される。このため、電圧差異積分値を０にリセットして、ステップＳ１に戻る。上記演算は、制御演算周期Ｔｓ毎に実施される。また、これらの演算は、各相に対して行われる。

以上で説明した実施の形態１によれば、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えている場合は、電力変換装置６の出力電圧を制御する最終電圧指令値が、電圧リミッタ値と電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択される。これにより、コンバータ７の出力電圧平均が、電圧指令値に近接する。このため、出力電圧の急峻な変化が抑制される。即ち、電流波形の脈動を抑制することができる。また、これにより、小型の電力変換装置６が利用可能となる。さらに、電力変換装置６の電力消費量も削減される。

また、最終電圧指令値の選択は、図９で示したアルゴリズムで行われる。即ち、不足電圧値に基づいて、最終電圧指令値が選択される。このため、より、確実な出力電圧の制御が可能となる。なお、実施の形態１では、コンバータ７の出力電圧を制御する場合を説明した。しかし、インバータ８の出力電圧を制御する場合でも同様の効果が得られる。また、かかる制御が行われた電圧を利用すれば、エレベータのモータ５が円滑に駆動される。

なお、実施の形態１では、コンバータ７の回生運転の場合で説明した。しかし、インバータ８の力行運転の場合でも同様の効果が得られる。また、実施の形態１では、２相変調方式として、電気角６０（ｄｅｇ）毎に固定相を決定する場合を説明した。しかし、電気角１２０（ｄｅｇ）毎に固定相を決定する場合でも同様の効果が得られる。また、３次高調波重畳方式の場合でも、同様の効果が得られる。さらに、電圧利用率改善手法を使わない通常の正弦波変調方式でも、同様の効果が得られる。

また、実施の形態１では、電圧指令値に対して、図９に示したアルゴリズムで電圧飽和有無及び電圧レベルの設定を行った。しかし、電圧飽和を検出した時点で、力行運転又回生運転の判定、かご負荷、速度指令値等の情報に基づいて、予め用意されたテーブルを利用して、電圧レベルを確定させる簡易的な手法も適用できる。特に、周波数一定であるコンバータ７等においては、構成しやすく、電圧飽和判定及び電圧レベル確定のシーケンスの演算時間確保が困難な場合に有効である。

さらに、本発明の電圧制御装置１４の利用は、モータ５を駆動する電力変換装置６の電圧制御に限定されるものではない。即ち、補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超える場合であれば、本発明の電圧制御装置１４の利用が可能である。

この発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が利用されるエレベータシステムを示す図である。この発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が行う２相変調の原理を説明するための図である。コンバータの力行運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。コンバータの回生運転時の電圧指令値と補正後電圧指令値の関係を模式的に示した図である。コンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第１の例を示す図である。コンバータの回生運転時の電圧指令値が電圧リミッタ値近傍にある場合を説明するための第２の例を示す図である。図５のＵ相の電圧指令値が電圧リミッタ値を超えるＡ部周辺の状態を示した図である。この発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置が行う電圧制御をより詳細に説明するための図である。この発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのタイミングチャートである。この発明の実施の形態１における電力変換装置の電圧制御装置の電圧選択アルゴリズムを説明するためのブロック図である。

符号の説明

１かご、２釣合い錘、３主ロープ、４駆動シーブ、５モータ、
６電力変換装置、７コンバータ、８インバータ、９交流電源、
１０直流母線、１１コンデンサ、１２かご負荷検出装置、
１３速度検出器、１４電圧制御装置、１５コンバータ用電圧制御装置、
１５ａ電流指令演算部、１５ｂ電圧指令演算部、
１５ｃ２相変調差分補正演算部、１５ｄデッドタイム補正値演算部、
１５ｅデッドタイム補正部、１５ｆ電圧飽和時指令値レベル補償部、
１５ｇ電圧飽和判定部、１５ｈ電圧出力レベル選択部、１６速度制御装置、１６ａ速度パターン生成部、１６ｂ速度制御部、１７ａ〜１７ｃ電圧指令値、１８ａ〜１８ｃ電圧指令値、１９ａ〜１９ｃ線間電圧、２０電圧指令値、
２１ａ、２１ｂ出力電圧、２２補正後電圧指令値、
２３ａ〜２３ｃ補正後電圧指令値、２４ａ〜２４ｃ最終電圧指令値、
２５ａ〜２５ｃ出力電圧、２６ａ〜２６ｃ線間電圧、２７補正後電圧指令値、２８最終電圧指令値、２９出力電圧、３０電圧指令値

Claims

電力変換装置の出力電圧の目標値となる電圧指令値を演算する電圧指令演算部と、
前記電力変換装置の正側及び負側のスイッチング素子が同時に導通することを防止するために設けられたデッドタイムによって発生する過不足電圧値を演算するデッドタイム補正値演算部と、
前記電圧指令値に前記過不足電圧値を合算し、補正後電圧指令値を演算するデッドタイム補正部と、
前記補正後電圧指令値が電圧リミッタ値を超えているか否かを判定する電圧飽和判定部と、
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えていない場合は、前記補正後電圧指令値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧を制御し、
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えている場合は、前記電力変換装置の出力電圧の平均が前記電圧指令値に近接するように、前記電力変換装置の出力電圧を制御する最終電圧指令値を、前記電圧リミッタ値と前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値とから選択する電圧飽和時指令値レベル補償部と、
を備え、
前記電圧飽和時指令値レベル補償部は、
前記補正後電圧指令値が前記電圧リミッタ値を超えた場合に、前記補正後電圧指令値から前記電圧リミッタ値を減算して電圧差異を演算し、
前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも小さい場合は、前記電圧リミッタ値を、前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値を維持して新たな電圧差異とし、
前記電圧差異が前記過不足電圧値の半分よりも大きい場合は、前記電圧リミッタ値に前記過不足電圧値を合算した値を前記最終電圧指令値として選択するとともに、前記電圧差異の値から前記過不足電圧値を減算して新たな電圧差異とし、
前記新たな電圧差異と前記過不足電圧値の半分とを比較して、前記最終電圧指令値の選択を繰り返すことを特徴とする電力変換装置の電圧制御装置。
前記電力変換装置は、コンバータからなることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の電圧制御装置。
前記電力変換装置は、インバータからなることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の電圧制御装置。
前記電力変換装置は、出力電力で、モータを駆動することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電力変換装置の電圧制御装置。