JPH08289588A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
の電圧利用率を向上させるに好適な電力変換装置を提供
することにある。 【構成】 電圧演算回路5において、電圧指令ベクトル
としての回転座標系のd軸、q軸電圧指令と回転座標系
の回転角度θを入力すると、電圧指令ベクトルを回転座
標変換部6で静止座標系のα軸、β軸電圧指令に変換す
る。一方、モード判定部7で静止座標系上に一方の軸
(ここではα軸とする)を3相の軸の1つに一致させて
3つの区間を形成し、入力された電圧指令ベクトルが位
置する区間判定を行う。次に、3相電圧発生部8でこの
区間判定の結果に基づいて演算内容を切替え、かつ、前
記α軸とβ軸の電圧指令値を用いて3相電圧指令値を演
算する。 【効果】演算と処理は簡単な加減算、シフト演算で実行
でき、電圧利用率の向上と共に高性能の電力変換装置を
安価に実現できる。
Description
電圧に変換する電力変換装置に係り、特に、出力電圧の
電圧利用率を向上させる電力変換装置に関する。
変換装置において、電圧利用率を向上させる方法として
は、必要な3相出力電圧指令に電圧利用率向上のための
同じ電圧値を各相にそれぞれ加算してPWM信号を得る
方法と、電力変換装置のスイッチング状態から発生する
空間ベクトルを算出してPWM信号を得る方法がよく知
られている。なお、電圧利用率を向上させる方法とは、
発生する相電圧は低くても線間電圧が相対的に大きな正
弦波を得ることができる方法である。前者の方法として
は、例えば、特開平3−107373号公報、USP
4,321,663号明細書、特開平2−285967
号公報などに記載されている。第1の公知例の方法は、
3相の出力電圧指令のうち、大きさが中間の電圧を見つ
け、その1/2倍した電圧を各相に加算することで電圧
利用率を向上させる方法である。第2、第3の公知例の
方法についても、同様の考え方でPWM信号を得るもの
である。また、後者の空間ベクトルを用いてPWM信号
を発生する方法の代表的な公知例として、USP4,4
80,301号明細書に記載の方法がある。これは3相
の電力変換装置のスイッチング状態が8つ(空間的な電
圧ベクトルとしては、7種類)であることを考慮して、
所望の電圧ベクトル指令を得るために、8つのスイッチ
ング状態を時間的に組み合わせる方法である。この方法
によっても電圧利用率を向上させることができる。
ータを高応答でトルク制御する方法として、ベクトル制
御と呼ばれる制御方法が知られている。回転座標系にお
ける電圧指令ベクトルを演算するベクトル制御方法は、
電力変換装置の出力周波数が高周波になった場合に特に
有利になる。また、電力変換装置の出力周波数が高いと
きには、モータの速度も高く、印加しなければならない
電圧も大きくなるので、電圧利用率の向上が必要になっ
てくる。このような場合、前者の方法では、ベクトル制
御で得られた回転座標系の電圧指令ベクトルを用いて3
相の相電圧指令をそれぞれ演算した後、これらの相電圧
指令から各相に加算すべき追加電圧を算出しなければな
らない。この結果を用いて追加電圧を各相に加算し、P
WM信号発生の処理を行う必要がある。この場合、電圧
利用率を向上するために演算を行うため、通常のマイク
ロプロセッサを用いたとき、処理時間が長くなってしま
うという欠点がある。また、後者の方法は、PWM信号
の1周期ごと(例えば、10kHzのスイッチング周波
数であれば、100μsごと)にスイッチング状態の選
択とその継続時間を演算して出力する必要がある。この
方法は、直接的にPWM信号を発生することができる特
徴があるものの、演算の処理周期が短い点と、条件の判
断や継続時間の演算に処理時間が長い点とに短所があ
り、高性能のマイクロプロセッサが必要不可欠である。
るいは、マイクロプロセッサ)を用いながら、出力電圧
の電圧利用率を向上させるに好適な電力変換装置を提供
することにある。
電圧指令ベクトルを用いて3相電圧指令値を演算し、P
WM信号を発生する制御装置と、該PWM信号により電
源電圧を3相の出力電圧に変換する複数のスイッチング
素子群を備えた電力変換装置において、前記電圧指令ベ
クトルを静止座標系の直交するα軸とβ軸の電圧指令値
に変換する座標変換手段と、前記電圧指令ベクトルが静
止座標系上に位置する区間の判定を行う判定手段と、該
区間判定の結果に基づいて演算内容を切替え、かつ、前
記α軸とβ軸の電圧指令値を用いて前記3相電圧指令値
を演算する3相電圧演算手段を設けることにより、達成
される。
指令ベクトルを用いて座標変換を行い、静止座標系の直
交するα軸とβ軸の電圧指令値を演算する。このα軸と
β軸の電圧指令値を2相/3相変換しただけでは従来の
方法と同じになってしまうが、ここで、α軸とβ軸の電
圧指令値を用いて演算内容を切替える区間判定を行う。
この点が重要な本発明のポイントである。特に、このと
き、静止座標系の一方の軸(ここではα軸とする)を3
相の軸の1つに一致させるとともに、β軸の電圧指令値
を1/√3倍したβ軸変換指令値と上記α軸の電圧指令
値を比較する。このとき、その両者の符号の関係と絶対
値の大きさの比較により、3つのモードを区間判定す
る。この判定された区間ごとに予め決められた2相の出
力電圧の絶対値が一致するように、上記β軸変換指令値
と上記α軸の電圧指令値と用いて上記3相出力電圧指令
値を演算する。本発明では、このような演算を行うこと
により、直接、電圧利用率を向上させる電圧指令値を得
ることができ、しかも、これらの演算は簡単な加減算、
シフト演算で得られるので、比較的処理能力の低いマイ
クロプロセッサを用いることができ、したがって、制御
装置を安価にできる利点を有する。
る。図1は、本発明の第1の実施例を示す電力変換装置
である。この電力変換装置は、電源1、3相の電力変換
回路2、負荷である3相交流モータ3、回転座標系電圧
指令回路4、制御装置として機能する電圧演算回路5か
らなり、3相交流モータ3に電源1のエネルギーを3相
の電力変換回路2を介して供給し、駆動するシステムで
ある。ここでは、電源1は、バッテリーを実施例として
示しているが、商用電源から整流した整流回路であって
もよい。また、回転座標系電圧指令回路4は、3相交流
モータ3をよく知られたベクトル制御方法により制御す
る電圧指令回路であり、3相交流モータ3のモータ速
度、モータ電流のフィードバック制御演算を行い、回転
座標系のd軸、及び、q軸電圧指令Vd、Vqを出力す
る。また、静止座標系から見た回転座標系の回転角度θ
も出力している。なお、d軸を交流モータの回転磁束と
一致した軸とし、それに直交する軸をq軸とする。これ
らの出力は電圧演算回路5に入力され、3相の交流電圧
を発生するためのPWM信号を演算し、電力変換回路2
を制御している。これにより、3相交流モータ3が所望
の駆動力で駆動される。
説明する。この電圧演算回路5は、回転座標変換部6、
モード判定部7、3相電圧発生部8、搬送波発生部9、
及びPWM発生部10、11、12から構成する。3相
電圧発生部8で出力される各相の電圧指令Vu、Vv、V
wの演算方法については後述するが、それぞれの電圧指
令Vu、Vv、Vwに対して、搬送波発生部9から出力さ
れる搬送波fcをPWM発生部10、11、12におい
て比較し、その大きさの大小によりPWM信号を発生す
る。これらのPWM信号は電力変換回路2に出力する。
搬送波発生部9、PWM発生部10、11、12は一般
的に行われている方法である。
ある処理内容を以下説明する。回転座標変換部6では、
d軸、q軸電圧指令Vd、Vq、回転角度θを入力して、
静止座標系のα軸電圧指令Vα、β軸電圧指令Vβを算
出する。これらの電圧指令の関係を図2に示す。回転座
標系のd軸は静止座標系のα軸から回転角度θだけ回転
しており、交流モータの回転磁束の回転とともに回転角
度θで回転していく。このベクトル和である電圧指令ベ
クトルVRを静止座標系に投影したものがα軸電圧指令
Vα、β軸電圧指令Vβである。図3に、回転座標変換
部6の具体的な処理をフローチャートで示す。ステップ
101、102はα軸電圧指令Vα、β軸電圧指令Vβ
をそれぞれ演算するもので、図2のベクトル図から容易
にこれらの演算式を得ることができる。次に、ステップ
103では、β軸電圧指令Vβを1/√3倍してβ軸電
圧比較値Vβ3を演算している。これはモード判定部
7、3相電圧発生部8の演算をより簡単化するために行
っているものであり、図1に示すように、β軸電圧比較
値Vβ3(β軸電圧指令Vβではなく)を出力してい
る。
トルVRが図4に示す3つの区間のいずれにあるかを判
定する処理を行っている。図4において、α軸から60
°までと180°から240°までの範囲を区間1、6
0°から120°までと240°から300°までの範
囲を区間2、120°から180°までと300°から
360°までの範囲を区間3としている。なお、α軸は
U相軸と一致した方向としている。V相軸、W相軸はそ
れぞれα軸に対して120°、240°の方向になる。
この処理内容を図5のフローチャートに示す。ステップ
104では、α軸電圧指令Vαの絶対値とβ軸電圧比較
値Vβ3の絶対値との比較を行う。β軸電圧比較値Vβ3
の絶対値がα軸電圧指令Vαの絶対値より大きい場合に
は、区間2であると判定して、ステップ105において
モード信号MDを2にしている。この理由は、図4のV
相軸、W相軸はそれぞれ
値Vβ3を用いれば、大きさの比較だけでステップ10
4の判定により区間2か否かを判断できる。β軸電圧比
較値Vβ3の絶対値がα軸電圧指令Vαの絶対値以下の
ときには、ステップ106にジャンプする(|Vα|=
|Vβ3|の場合には、接するいずれの区間にしてもよ
い。)。ステップ106では、区間1か、区間3かの判
定を行っている。図4から分かるように、区間1は第
1、第3象限に存在するのに対して、区間3は第2、第
4象限に存在するので、α軸電圧指令Vαとβ軸電圧比
較値Vβ3の符号により判定することができる。つま
り、ステップ106において、α軸電圧指令Vαとβ軸
電圧比較値Vβ3が同符号であれば、区間1であるの
で、ステップ107でモード信号MDを1にセットす
る。また、異符号であれば、ステップ108にジャンプ
してモード信号MDを3に設定する。
で演算されたα軸電圧指令Vαとβ軸電圧比較値
Vβ3、モード判定部7で得られたモード信号MDを入
力し、電圧利用率を向上させるための各相の電圧指令V
u、Vv、Vwを演算する。この演算内容を図6に示す。
また、ここで行う演算の意味を図7のベクトル図で示
す。ステップ109において、モード信号MDが1の場
合(つまり、区間1の場合)には、ステップ110に示
す演算を行う。すなわち、
ように、各相の電圧指令Vu、Vv、Vwに分配したもの
である。つまり、図7(a)において、電圧指令ベクト
ルVRをまずV相電圧指令Vvとそれに直交する電圧指令
Vuwにベクトル分割する。次に、電圧指令VuwをU相電
圧指令VuとW相電圧指令Vwに分割する。このようにし
て、各相の電圧指令を求めればよい。これをα軸電圧指
令Vαとβ軸電圧比較値Vβ3から求める演算がステッ
プ110である。この演算式は、図7(a)のベクトル
図から得られる。ここでも、β軸電圧指令Vβの代わり
にβ軸電圧比較値Vβ3を用いることにより、加減算、
シフトの容易な命令で算出できる(3倍は3回の加算、
1/2はシフト命令で処理できる。)ので、マイクロプ
ロセッサを用いた場合にも演算時間を最小限に抑えるこ
とができるメリットがある。ここで、本実施例では、こ
のベクトルの分け方が重要であり、次のような意味を持
っている。すなわち、電圧利用率を向上させるというこ
とは、同じ電圧指令ベクトルVRに対して、3相の電圧
指令のうち、その最大値、あるいは、最小値の絶対値を
小さくすることを意味している。これを行うためには、
3相の電圧指令のうち、最大値と最小値の絶対値を一致
させるように各相の電圧指令を求める必要がある。これ
を直接的に行う方法が図7に示すような方法により電圧
ベクトルを分割することである。モード信号MD=1、
つまり、区間1の場合に各相の電圧指令を通常の正弦波
電圧とすると、3相の電圧指令のうち、最大値と最小値
はU相電圧指令VuとW相電圧指令Vwのいずれかであ
り、V相電圧指令Vvになることはない。したがって、
U相電圧指令VuとW相電圧指令Vwの絶対値が一致する
ようにベクトルを分解することが重要な点であり、これ
を直接演算できるようにした点が本実施例の特徴であ
る。それはV軸とそれに直交する軸とにベクトルを分割
したことである。このようにすると、V軸に直交する軸
はU軸とW軸をそれぞれ30°ずつに2分割する直線と
なるので、この軸に分割された電圧指令VuwをU軸とW
軸に分割すると、U相電圧指令VuとW相電圧指令Vwの
絶対値が常に一致するようになる。このような演算は、
ステップ110の演算を行うことにより、自動的に処理
していることになる。図6のステップ109でモード信
号MDが2の場合(つまり、区間2の場合)には、ステ
ップ111において、各相の電圧指令は更に容易に求ま
る。
(b)に示す。U相電圧指令vuはα軸電圧指令V
αに、V相電圧指令Vvはβ軸電圧比較値Vβ3に、W相
電圧指令Vwは符号を反転したβ軸電圧比較値Vβ3に、
それぞれなることが図7(b)から分かる。この区間2
では、V相電圧指令VvとW相電圧指令Vwの絶対値を一
致させる演算を行うことにより、電圧利用率を向上させ
ることができる。モード信号MD=3の場合(つまり、
区間3の場合)は、ステップ112の処理により各相の
電圧指令を求められる。
以上の処理を行うことにより、各相の電圧指令の波形は
図8に示すような波形になり、各相の電圧の最大値を減
少することができる。これを搬送波fcと比較してPW
M信号を発生することを述べたが、図8の各相の電圧指
令と搬送波fcの比較によりこれを達成できる。
算により電圧利用率を向上させる電圧をインバータから
発生できるので、より大きな正弦波の線間電圧を得るこ
とができる。そのため、安価なコントローラを用いて広
い範囲で歪の少ない3相交流電流を流すことができる有
利性を持つ。特に、電源電圧が大幅に変動するような場
合、例えば、バッテリーを電源としたときなど、電源電
圧が低下しても、所定の正弦波電圧を出力して性能を確
保することができ、有効である。
を示す。本実施例は、第1の実施例と構成が同じである
が、電圧演算回路の処理方法すなわち電圧演算回路5の
モード判定部7、3相電圧発生部8の演算方法が異な
る。本実施例では、3相の電力変換回路のスイッチング
素子のうち、1相だけを上アームあるいは下アームのい
ずれかを常にオンさせることを容易な処理演算で行うこ
とに特徴がある。以下、電圧演算回路5のモード判定部
7、3相電圧発生部8の演算方法ついて説明する。図9
は、モード判定部7の区間の分け方を示したベクトル空
間であり、図4の区間分けと異なっている。区間U、区
間V、区間Wはそれぞれの相軸を中心とした±30°
(60°)以内の領域になっている。
区間分けをするためのフローチャートである。ステップ
113では、α軸電圧指令Vαの絶対値とβ軸電圧比較
値Vβ 3の絶対値の3倍、つまり、β軸電圧指令Vβの
√3倍の値とを比較して、区間Uであるか否かを判断す
る。これは図4の説明で述べた区間2の判定方法と同じ
ような考え方である。α軸電圧指令Vαの絶対値が大き
い場合には、区間Uであるので、ステップ114でモー
ド信号MDをUに設定する。α軸電圧指令Vαの絶対値
がβ軸電圧比較値Vβ3の絶対値の3倍の値以下の場合
には、ステップ115においてα軸電圧指令Vαとβ軸
電圧比較値Vβ3の符号により判定を行う。同符号のと
きは、図9から分かるように区間Wであるので、ステッ
プ116でモード信号MDをWに設定する。また、異符
号のときには区間Vであり、モード信号MDをVと設定
する。区間判定は、本実施例の場合にも簡単にできる特
徴がある。
1の3相電圧発生部8の処理をフローチャートに示す。
ステップ118において、モード信号MDの値を調べ、
MD=U、MD=V、MD=Wに対してそれぞれステッ
プ119、120、121の処理を行う。ステップ11
9の処理は、区間Uのときの各相の電圧指令を演算する
ものであり、電力変換回路2のU相の上アームあるいは
下アームを常にオンにしながら、所定の電圧指令ベクト
ルVRを発生させるようにしている。このときのベクト
ル図を図12(a)に示す。この図において、電圧指令
ベクトルVRは区間Uにあり、しかも、α軸電圧指令V
αが正であるので、U相電圧指令vuを相電圧として発
生できる最大値Vmaxに設定する。これがステップ11
9におけるU相電圧指令Vuの処理の意味である。これ
により、U相は常に上アームがオン状態になる。図12
(a)でVu=Vmaxとしたまま、所定の電圧指令ベクト
ルVRを得るには、VRからVuを差し引いた電圧ベクト
ルVVWをV相電圧指令VVとW相電圧指令VWの和になる
ように、VV、VWを決定しなければならない。図12
(a)のベクトル図になるようなV相電圧指令VVとW
相電圧指令VWの演算が図11のステップ119であ
る。すなわち、
きる。ステップ119は、加減算だけの簡単な式であ
り、安価なマイクロプロセッサでも処理できる特徴があ
る。ステップ120、121は、それぞれ区間V、区間
Wのときの処理を示す。すなわち、
お、図12(b)は区間Wで、かつ、β軸電圧指令Vβ
が正の場合である。このときは、W相電圧指令VWを相
電圧の最小値−Vmaxにしている。つまり、電力変換回
路2のW相の下アームを常にオン状態にしている。他の
U相電圧指令Vu、V相電圧指令VVは、3相の電圧指令
のベクトル和が所定の電圧指令ベクトルVRになるよう
に、ステップ121の演算を行う。図11の処理では、
いずれもβ軸電圧比較値Vβ3を用いることにより、加
減算だけで処理できるという長所がある。
圧指令Vu、VV、VWの波形は図13のようになる。つ
まり、図10、図11に示す処理を行えば、3相のPW
M信号のうち、いずれか1相は常に上アームあるいは下
アームをオン状態にするため、スイッチング回数を通常
の2/3にすることができる。したがって、本実施例を
用いれば、スイッチングに伴う損失を低減できるので、
電力変換回路2の効率を向上できる特徴がある。
本実施例は、電力変換回路2の温度を温度センサ13に
より検出し、電圧演算回路5の温度信号処理部14に入
力する構成が図1に示す第1の実施例の構成と異なり、
温度センサ13が検出した温度(TENP)をモード判
定部7と3相電圧発生部8のそれぞれの演算に用いるこ
とに特徴がある。図15に、モード判定部7の処理を示
すフローチャートを示す。ステップ122では、温度信
号TEMPが第1の温度制限値T1より高いか低いかに
分け、温度信号TEMPが第1の温度制限値T1より低
い場合にはステップ123に、T1以上の場合にはステ
ップ124に飛ぶ。ステップ123では電力変換回路2
の温度が低いので、図5に示す電圧利用率を向上すると
きの区間判定の処理(区間判定1と記す。)を行う。ま
た、電力変換回路2の温度が第1の温度制限値T1以上
の場合に行うステップ124では、図10に示すスイッ
チング損失を低減するときの区間判定の処理(区間判定
2と記す。)を行う。次に、図16に、3相電圧発生部
8で行う処理を示したフローチャートを示す。ステップ
125では、温度信号TEMPの大きさにより3つの処
理に分ける。ここで、図16に示す第2の温度制限値T
2と第1の温度制限値T1との関係は、T1<T2とする。
温度信号TEMPが第1の温度制限値T1より低いとき
には、ステップ126において図6に示した電圧演算
(電圧演算1と記す。)を行う。前述したように低い相
電圧指令範囲でより高い正弦波の線間電圧を発生できる
電圧利用率向上のための処理を行うことになる。また、
温度信号TEMPが第1の温度制限値T1以上で、か
つ、第2の温度制限値T2未満の場合には、ステップ1
27で3相のうち2相だけをスイッチングする電圧演算
(電圧演算2と記す。)を行う。これは、図11に示し
た処理方法であり、電力変換回路2の損失を低減するこ
とができる。そのため、線間電圧を変えることなく、電
力変換回路2の温度上昇を抑制して第1の温度制限値T
1以下にするように電圧演算回路5だけで制御すること
ができる有利な点を持っている。なお、温度信号TEM
Pが第2の温度制限値T2以上のときには、温度異常と
してステップ128で各相の電圧指令Vu、VV、VWを
すべて0にするとともに、電力変換回路2を停止する処
理を行う。本実施例によれば、温度が低い場合には、電
圧利用率を第1の実施例と同じように向上できる。ま
た、電力変換回路2の温度が上昇した場合には、通常と
同じ線間電圧を発生しながら、第2の実施例のように損
失を低減することができるので、性能を低下させないで
信頼性を向上させることができる。なお、図14におい
て、温度信号処理部14に外部スイッチ22を設け、ス
イッチ信号Swを入力して、外部スイッチ22により強
制的に損失を低減する電圧指令に移行することができ
る。つまり、スイッチ信号Swがオンのとき、そのモー
ドに移行し、オフのとき、上述したモードにする。この
ようにすると、温度信号処理部14では、スイッチ信号
Swがオフのときには、温度センサ13で検出した値が
そのまま温度信号TEMPとして出力される。それに対
して、スイッチ信号Swがオンのときには、温度信号T
EMPについて次の操作を行う。つまり、温度センサ1
3で検出した値が第1の温度制限値T1より低い場合に
は、温度信号TEMPをT1にする。また、検出値がT1
以上の場合にはそのままの値を温度信号TEMPとす
る。この処理により、電力変換回路2の温度がT1より
低いときにだけ、スイッチ信号Swの操作により相電圧
の演算方法を手動により切替えるようにする。これによ
り、低温のときには、手動により損失低減の電圧演算と
するため、電流脈動、磁気音が問題にならないときには
損失低減を優先することができる。
本実施例は、モータの出力の大きさにより電圧指令の発
生方法を切替え、電圧利用率の向上と正弦波からの歪を
最小限に抑えることを特徴とする。図17において、3
相交流モータ3のモータ速度ωMを検出する速度センサ
15と電力変換回路2の2相の出力電流を検出する電流
センサ16、17を制御装置18に入力し、また、制御
装置18には3相交流モータ3のトルクを指示するトル
ク指令τRも入力する。制御装置18においては、前述
したように回転座標系電圧指令回路4で一般によく知ら
れたベクトル制御演算が行われる。具体的には、トルク
指令τRとモータ速度ωMから、磁束を発生するための励
磁電流指令iMR、トルクを発生するためのトルク電流指
令iTR、及び、静止座標系から見た回転磁束の回転座標
系の回転角度θを演算する。次に、電力変換回路2の2
相の出力電流から3相交流モータ3の励磁電流iMとト
ルク電流iTを求め、フィードバック制御により電流制
御を行う。この結果得られるものが回転座標系のd軸、
及び、q軸電圧指令Vd、Vqである。これをもとに演算
を行う回転座標変換部6、モード判定部7、3相電圧発
生部8については、図1に示す第1の実施例と同じであ
り、これにより電圧利用率を向上した3相の電圧指令V
u1、Vv1、Vw1を演算する。また、正弦波相電圧発生部
20では、回転座標変換部6と同じ回転座標変換により
静止座標系のα軸電圧指令Vα、β軸電圧指令Vβを演
算した後、これを通常の2相/3相変換を行う。これに
より、3相の各相の電圧指令Vu2、Vv2、Vw2を得る。
このときの電圧指令Vu、Vv、Vwはいずれも正弦波で
あり、電圧利用率を向上しない通常の電圧波形である。
また、出力判定部19では、トルク指令τRとモータ速
度ωMから出力モード切替信号Svを求める。出力モー
ド切替信号Svは図18に示す領域で判定する。したが
って、Sv=0のときには低出力領域であり、3相交流
モータ3に印加する各相の相電圧は比較的低い値になっ
ている。それに対して、Sv=1のときには高出力領域
であり、各相の相電圧は最大値付近の高い値になってい
る。この出力モード切替信号Svは電圧切替部21に入
力され、Sv=0のときには、正弦波相電圧発生部20
の電圧指令Vu2、Vv2、Vw2がPWM発生部10、1
1、12に出力される。また、Sv=1のとき、電圧切
替部21では3相電圧発生部8からの電圧指令Vu1、V
v1、Vw1を出力するように電圧指令の切替えを行う。以
上の処理を行うことにより、電力変換回路2は相電圧が
高くない低出力領域では通常の正弦波状の相電圧を出力
し、高出力領域では電圧利用率を向上する相電圧を出力
することができる。電圧利用率を向上するときの各相の
波形は、正弦波ではなく、線間電圧を正弦波にするもの
であるため、各相の電圧指令に対して実際の相電圧の遅
れにバラツキがあると、線間電圧が正弦波にならないこ
とがある。本実施例を用いれば、低出力時には相電圧の
遅れがある場合にも線間電圧は正弦波とすることがで
き、しかも、高出力時の電圧の確保も可能となる。
制御を行う場合を中心として述べたが、電圧指令により
交流モータ、負荷を駆動する場合についても、同じよう
に簡単な制御処理により、電圧利用率を向上できる。ま
た、電圧利用率向上のための処理と損失低減のための処
理の切替方法を電力変換回路の温度だけでなく、電源電
圧の大きさや手動によっても切替られるようにしてもよ
い。
用いながら、簡単な処理により電力変換回路の出力線間
電圧をより高い電圧まで正弦波にすることができるの
で、電圧利用率を向上させる高性能の電力変換装置を安
価に提供できる効果がある。また、回転座標系において
演算された電圧指令ベクトルを容易な制御演算で処理す
ることにより、電圧利用率の向上を図ることができる効
果がある。また、電源電圧の変動幅が大きいバッテリー
などを用いるシステムでは、広範囲で線間電圧を正弦波
にできるので、電力変換装置として性能が向上する効果
がある。
を示すベクトル図である。
ートである。
判定する3つの区間を示すベクトル空間である。
の処理方法を示すフローチャートである。
8で行われる電圧指令の演算方法を示したフローチャー
トである。
説明するための電圧ベクトル図である。
を示すタイムチャートである。
失を低減するためにモード判定部7で判定する3つの区
間を示すベクトル空間である。
判定部7の処理方法を示すフローチャートである。
圧発生部8で行われる電圧指令の演算方法を示したフロ
ーチャートである。
係を示す電圧ベクトル図である。
波形を示すタイムチャートである。
替るモード判定部7の処理方法を示すフローチャートで
ある。
替るために3相電圧発生部8で行われる電圧指令の演算
方法を示すフローチャートである。
出力モード切替信号Svの領域を示したトルクモータ速
度特性図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 与えられた電圧指令ベクトルを用いて3
相電圧指令値を演算し、PWM信号を発生する制御装置
と、該PWM信号により電源電圧を3相の出力電圧に変
換する複数のスイッチング素子群を備えた電力変換装置
において、前記電圧指令ベクトルを静止座標系の直交す
るα軸とβ軸の電圧指令値に変換する座標変換手段と、
前記電圧指令ベクトルが静止座標系上に位置する区間の
判定を行う判定手段と、該区間判定の結果に基づいて演
算内容を切替え、かつ、前記α軸とβ軸の電圧指令値を
用いて前記3相電圧指令値を演算する3相電圧演算手段
を設けることを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項2】 請求項1において、判定手段は、静止座
標系の一方の軸(ここでは、α軸とする)を3相の軸の
1つに一致させるとともに、静止座標系の直交するα軸
とβ軸の電圧指令値のそれぞれの符号と大きさに基づい
て区間判定することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項3】 請求項2において、静止座標系のβ軸の
電圧指令値を1/√3倍したβ軸変換指令値とα軸の電
圧指令値を比較して区間判定を行うことを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3にお
いて、3相電圧演算手段は、判定された区間ごとに予め
決められた2相の出力電圧の絶対値が一致するように、
β軸変換指令値とα軸の電圧指令値を用いて3相電圧指
令値を演算することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項5】 請求項2において、静止座標系のβ軸の
電圧指令値を√3倍したβ軸変換指令値と、α軸の電圧
指令値とを比較して区間判定を行うことを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項6】 請求項1、請求項2または請求項5にお
いて、3相電圧演算手段は、判定された区間ごとに予め
決められた1相の上アームあるいは下アームのいずれか
一方を常にオンにするとともに、他の2相の出力電圧指
令値により電圧指令ベクトルになるように演算すること
を特徴とする電力変換装置。 - 【請求項7】 請求項1または請求項2において、スイ
ッチング素子の温度または電源電圧を検出し、処理する
手段を設け、区間判定及び3相電圧指令値の演算に検出
した温度または電源電圧を用いることを特徴とする電力
変換装置。 - 【請求項8】 請求項7において、検出したスイッチン
グ素子の温度または電源電圧に基づいて、静止座標系の
β軸の電圧指令値を1/√3倍したβ軸変換指令値とα
軸の電圧指令値を比較して行う区間判定モードと、静止
座標系のβ軸の電圧指令値を√3倍したβ軸変換指令値
とα軸の電圧指令値を比較して行う区間判定モードを変
更することを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項9】 請求項7または請求項8において、検出
したスイッチング素子の温度または電源電圧に基づい
て、判定された区間ごとに予め決められた2相の出力電
圧の絶対値が一致するように、β軸変換指令値とα軸の
電圧指令値とを用いて行う3相電圧指令値の演算モード
と、判定された区間ごとに予め決められた1相の上アー
ムあるいは下アームのいずれか一方を常にオンにすると
ともに、他の2相の出力電圧指令値により電圧指令ベク
トルになるように行う演算モードを変更することを特徴
とする電力変換装置。 - 【請求項10】 請求項7、請求項8または請求項9に
おいて、スイッチング素子の温度または電源電圧を検出
し、処理する手段に外部から操作できるモード切替スイ
ッチを接続し、区間判定及び3相電圧指令値の演算の各
モードを切替えることを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項11】 請求項1から請求項10のいずれかに
おいて、電圧指令ベクトルは、回転座標系の直交する2
軸の回転座標電圧指令値として与えられることを特徴と
する電力変換装置。 - 【請求項12】 モータ速度とトルク指令を用いて回転
座標系の直交する2軸の回転座標電圧指令値として与え
られる電圧指令ベクトルに変換し、該電圧指令ベクトル
を用いて3相電圧指令値を演算し、PWM信号を発生す
る制御装置と、該PWM信号により電源電圧を3相の出
力電圧に変換してモータに供給する複数のスイッチング
素子群を備えた電力変換装置において、前記電圧指令ベ
クトルを静止座標系の直交するα軸とβ軸の電圧指令値
に変換する座標変換手段と、前記電圧指令ベクトルが静
止座標系上に位置する区間の判定を行う判定手段と、該
区間判定の結果に基づいて演算内容を切替え、かつ、前
記α軸とβ軸の電圧指令値を用いて前記3相電圧指令値
を演算する3相電圧演算手段と、前記電圧指令ベクトル
を2相/3相変換する正弦波相電圧発生手段と、前記ト
ルク指令とモータ速度から出力モードを切替える出力判
定手段と、該出力判定結果に基づいて、前記正弦波相電
圧発生手段の電圧指令と前記3相電圧発生手段の電圧指
令を切替える電圧切替手段を設けることを特徴とする電
力変換装置。 - 【請求項13】 請求項12において、出力判定手段
は、トルク指令とモータ速度に基づいて、3相交流モー
タに印加する各相の相電圧が比較的低い低出力領域と、
前記各相の相電圧が最大値付近の高い高出力領域を判定
し、出力モードを切替えることを特徴とする電力変換装
置。
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