(57)【要約】【課題】整流器を有する直流負荷を接続した場合に発生する高調波成分を低減する。【解決手段】インバータ制御装置１は、交流フィルタ２０の入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値を検出する手段１０１，１０２と、入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値を三相二相変換及び回転座標変換する手段１０３と、回転座標変換された入力電流値と入力電流基準値との差にゲインを乗算した第１の値と、回転座標変換された出力電流値の微分値にゲインを乗算した第２の値とを算出する手段１０７と、第１の値及び第２の値を出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させた第３の値及び第４の値を算出する手段１０９とを備え、回転座標変換された出力電圧値と出力電圧基準値との誤差が小さくなるようにフィードバック制御した値と出力電圧基準値との和に、第３の値及び第４の値を加算した値を三相交流に変換し、インバータ１０の出力電圧指令値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流フィルタを介して三相交流電圧を出力するインバータを制御するインバータ制御装置において、
前記交流フィルタにおける入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値を検出する検出手段と、
前記入力電流値、前記出力電流値、及び前記出力電圧値を、それぞれ三相二相変換及び回転座標変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段により変換された前記入力電流値と入力電流基準値との差に制御ゲインを乗算した第１の値と、前記座標変換手段により変換された前記出力電流値の微分値に制御ゲインを乗算した第２の値とを算出する算出手段と、
前記第１の値及び前記第２の値それぞれを前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させた第３の値及び第４の値を算出する６０°遅延手段と、を備え、
前記座標変換手段により変換された前記出力電圧値と出力電圧基準値との誤差が小さくなるようにフィードバック制御した値と前記出力電圧基準値との和に、前記第３の値及び前記第４の値を加算した値を三相交流に変換し、該三相交流に変換した値を前記インバータの出力電圧指令値として出力電圧の制御を行うことを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記第１の値及び前記第２の値それぞれを前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相差６０°毎となる値毎にフィルタ処理を行う６０°毎一次遅れ処理手段を更に備え、
前記６０°遅延手段は、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを、前記６０°毎一次遅れ処理手段により一次遅れとなる値と制御の時間遅れとを合わせて、前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させて前記第３の値及び前記第４の値を算出することを特徴とする、請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記出力電流値に代えて、前記入力電流値と前記交流フィルタのコンデンサ電流値との差を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記入力電流値に代えて、前記交流フィルタのコンデンサ電流値と前記出力電流値との和を用いることを特徴とする、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電圧を出力するインバータを制御するインバータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＷＭインバータを制御し、三相交流電圧を出力させるインバータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。インバータ制御装置は、一般的にインバータの出力電圧を変動の少ない安定した電圧とすることが要求される。
【０００３】
図２は従来のインバータ制御装置の構成を示す図である。図２に示すインバータ制御装置２によるインバータ１０の制御について説明する。座標変換部２０２は、電圧検出部２０１により検出される位相差１２０°の三相交流を位相差９０°の二相交流に三相二相変換し、次いで座標系を相回転とあわせて回転させることで二相交流の電圧値を直流的な値に変換する。
【０００４】
そして、座標変換部２０２により回転座標変換された出力電圧値と電圧基準値生成部２０３が出力する電圧基準値との誤差値を取り、その誤差値を比例積分制御部２０４により比例積分制御（ＰＩ制御）する。そして、比例積分制御部２０４が出力する値と電圧基準値生成部２０３が出力する電圧基準値との和を三相交流変換部２０５により三相交流に変換したインバータ電圧指令値により、インバータ１０を制御する。インバータ１０の出力電圧は交流フィルタ２０を介して直流負荷３０に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−００９６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来のインバータ制御装置が整流器を有する直流負荷に接続された場合、インバータの電圧指令値が正弦波であっても、整流器を有する直流負荷の非線形性により負荷電流の歪みが発生するため出力電圧に高調波が生じ、並列に繋がれた他の負荷に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００７】
また、一般的に用いられている出力電圧の座標変換と比例積分制御による電圧制御方法では、積分要素では全く高調波電圧を低減することはできず、比例要素では制御ゲインを高くすることである程度の高調波を低減できるが、交流フィルタによる位相遅れがあり、制御ゲインを高くすると高調波に対して不安定となる。そのため、使用できる負荷容量を制限するなどの対策が必要であり、高調波成分が大きい場合、負荷の直前にフィルタ回路を挿入する、あるいは通常の負荷の電源とは別に整流器を有する負荷のために電源を用意するなどの対策が必要となるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係るインバータ制御装置は、交流フィルタを介して三相交流電圧を出力するインバータを制御するインバータ制御装置において、前記交流フィルタにおける入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値を検出する検出手段と、前記入力電流値、前記出力電流値、及び前記出力電圧値を、それぞれ三相二相変換及び回転座標変換する座標変換手段と、前記座標変換手段により変換された前記入力電流値と入力電流基準値との差に制御ゲインを乗算した第１の値と、前記座標変換手段により変換された前記出力電流値の微分値に制御ゲインを乗算した第２の値とを算出する算出手段と、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させた第３の値及び第４の値を算出する６０°遅延手段と、を備え、前記座標変換手段により変換された前記出力電圧値と出力電圧基準値との誤差が小さくなるようにフィードバック制御した値と前記出力電圧基準値との和に、前記第３の値及び前記第４の値を加算した値を三相交流に変換し、該三相交流に変換した値を前記インバータの出力電圧指令値として出力電圧の制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係るインバータ制御装置において、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相差６０°毎となる値毎にフィルタ処理を行う６０°毎一次遅れ処理手段を更に備え、前記６０°遅延手段は、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを、前記６０°毎一次遅れ処理手段により一次遅れとなる値と制御の時間遅れとを合わせて、前記交流フィルタの出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させて前記第３の値及び前記第４の値を算出することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記出力電流値に代えて、前記入力電流値と前記交流フィルタのコンデンサ電流値との差を用いてもよい。また、前記入力電流値に代えて、前記交流フィルタのコンデンサ電流値と前記出力電流値との和を用いてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、整流器を有する直流負荷を接続した場合に発生する高調波成分を低減することができる。そのため、整流器を有する直流負荷の容量の制約を緩和することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、整流器を有する直流負荷の入力側に従来設けられていたフィルタを省略できるため、部品点数の削減により回路の小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、整流器を有する直流負荷と、高調波の少ない交流電源を必要とする交流負荷とを共通のインバータで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の座標変換と比例積分制御によるインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の出力電圧を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の出力電圧を三相二相変換した電圧のリサージュ波形を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の出力電圧を回転変換した電圧を示す図である。
【図６】従来のインバータ制御装置の出力電圧を示す図である。
【図７】従来のインバータ制御装置の出力電圧を三相二相変換した電圧のリサージュ波形を示す図である。
【図８】従来のインバータ制御装置の出力電圧を回転座標変換した電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるインバータ制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、インバータ制御装置１は、電圧検出部１０１と、電流検出部１０２（１０２−１，１０２−２）と、座標変換部１０３（１０３−１，１０３−２，１０３−３）と、電圧基準値生成部１０４と、比例積分制御部１０５と、電流基準値生成部１０６と、ゲイン乗算部１０７（１０７−１，１０７−２）と、６０°毎一次遅れ処理部１０８（１０８−１，１０８−２）と、６０°遅延部１０９（１０９−１，１０９−２）と、微分処理部１１０と、三相交流変換部１１１と、を備える。
【００１７】
インバータ制御装置１は、交流フィルタ２０を介して三相交流電圧を出力するインバータ１０を制御する。
【００１８】
電圧検出部１０１は、交流フィルタ２０から出力される出力電圧値を検出する。電流検出部１０２−１は、交流フィルタ２０に入力される入力電流値を検出する。電流検出部１０２−２は、交流フィルタ２０から出力される出力電流値を検出する。
【００１９】
交流フィルタ２０として、コイルとコンデンサからなるＬＣフィルタが一般的に用いられる。本実施形態では、交流フィルタ２０の出力電流値として、電流検出部１０２−２により検出された出力電流値を用いるが、電流検出部１０２−１により検出された入力電流値と交流フィルタ２０のコンデンサ電流値との差を用いてもよい。また、本実施形態では、交流フィルタ２０の入力電流値として、電流検出部１０２−１により検出された入力電流値を用いるが、交流フィルタ２０のコンデンサ電流値と、電流検出部１０２−２により検出された出力電流値との和を用いてもよい。
【００２０】
座標変換部１０３−１は、電圧検出部１０１により検出された交流フィルタ２０の出力電圧値ａに対して、三相二相変換を行った後に、回転座標変換（ｄ−ｑ変換）を行う。
【００２１】
比例積分制御部１０５は、座標変換部１０３−１により回転座標変換された出力電圧値と、電圧基準値生成部１０４により生成された出力電圧基準値との誤差を比例積分制御（ＰＩ制御）する。なお、本実施形態ではＰＩ制御を行っているが、誤差を小さくするようにフィードバック制御を行うものであればよく、例えばＰ制御やＰＩＤ制御であってもよい。
【００２２】
座標変換部１０３−２は、電流検出部１０２−１により検出された交流フィルタ２０の入力電流値ｃに対して、三相二相変換及び回転座標変換（ｄ−ｑ変換）を行う。
【００２３】
ゲイン乗算部１０７−１は、座標変換部１０３−２により座標変換された交流フィルタ２０の入力電流と、電流基準値生成部１０６により生成された交流フィルタ２０の入力電流基準値との差に制御ゲインを乗算し、振幅を調整する。
【００２４】
６０°毎一次遅れ処理部１０８−１は、ゲイン乗算部１０７−１から出力された電圧に対し、位相差６０°毎となる値毎にフィルタ処理を行う。
【００２５】
６０°遅延部１０９−１は、６０°毎一次遅れ処理部１０８−１の出力電圧を、６０°毎一次遅れ処理部１０８−１の処理により一次遅れとなる値と制御の時間遅れと合わせて位相が６０°遅れとなるように遅延させる。ここで、制御の時間遅れとは、具体的には電流検出、座標変換、基準値との誤差算出、ゲインの乗算の処理にかかる時間、３相変換、インバータが電圧指令値を受けてから指令通りの電圧を出力するまでにかかる時間のことをいう。
【００２６】
座標変換部１０３−３は、電流検出部１０２−２により検出された交流フィルタ２０の出力電流値ｃに対して、三相二相変換及び回転座標変換（ｄ−ｑ変換）を行う。
【００２７】
ゲイン乗算部１０７−２は、座標変換部１０３−３により座標変換された交流フィルタ２０の出力電流を微分処理部１１０により微分した値に制御ゲインを乗算し、振幅を調整する。
【００２８】
６０°毎一次遅れ処理部１０８−２は、ゲイン乗算部１０７−２から出力された電圧に対し、位相差６０°毎となる値毎にフィルタ処理を行う。
【００２９】
６０°遅延部１０９−２は、６０°毎一次遅れ処理部１０８−２の出力電圧を、６０°毎一次遅れ処理部１０８−２の処理により一次遅れとなる値と制御の時間遅れと合わせて位相が６０°遅れとなるよう遅延させる。
【００３０】
６０°遅延部１０９−１，１１１−２により位相を６０°遅らせるのは、三相交流の高調波は６０°毎に現れるためである。６０°毎に現れる高調波を重ね合わせ、高調波と逆の歪を加えることにより、高調波を打ち消すことができる。
【００３１】
三相交流変換部１１１は、比例積分制御部１０５の出力電圧値及び電圧基準値生成部１０４により生成された出力電圧基準値との和と、６０°遅延部１０９−１の出力電圧値及び６０°遅延部１０９−２の出力電圧値の和とを加算した値を、三相交流に変換する。この三相交流はインバータ１０に入力され、インバータ１０の出力電圧指令値として出力電圧の制御を行う。
【００３２】
このように、インバータ制御装置１は、交流フィルタ２０の入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値を検出する電流検出部１０２及び電圧検出部１０１と、交流フィルタ２０の入力電流値、出力電流値、及び出力電圧値をそれぞれ三相二相変換及び回転座標変換する座標変換部１０３と、座標変換部１０３により変換された入力電流値と入力電流基準値との差に制御ゲインを乗算した第１の値と、座標変換部１０３により変換された出力電流値の微分値に制御ゲインを乗算した第２の値とを算出するゲイン乗算部１０７と、第１の値及び第２の値それぞれを交流フィルタ２０の出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させた第３の値及び第４の値を算出する６０°遅延部１０９と、を備える。そして、座標変換部１０３により変換された出力電圧値と電圧基準値との誤差が小さくなるようにフィードバック制御（例えばＰＩ制御）した値と出力電圧基準値との和に、第３の値及び第４の値を加算した値を三相交流に変換し、該三相交流に変換した値をインバータ１０の出力電圧指令値として出力電圧の制御を行う。
【００３３】
このような構成にしたことにより、本発明によれば、整流器を有する直流負荷３０を接続した場合に発生する高調波成分を低減することができる。そのため、整流器を有する直流負荷の容量の制約を緩和できるとともに、整流器を有する直流負荷の入力側に従来設けられていたフィルタを省略し、部品点数の削減により回路の小型化及び低コスト化を実現することができる。また、整流器を有する直流負荷と、高調波の少ない交流電源を必要とする交流負荷とを共通のインバータで使用することができるようになる。
【００３４】
交流フィルタ２０の応答速度が遅い場合には、インバータ制御装置１は６０°毎一次遅れ処理部１０８を備えなくとも、所定の効果を得ることができる。また、インバータ制御装置１は、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを位相差６０°毎となる値毎にフィルタ処理を行う６０°毎一次遅れ処理部１０８を更に備え、６０°遅延部１０９は、前記第１の値及び前記第２の値それぞれを、６０°毎一次遅れ処理部１０８により一次遅れとなる値と制御の時間遅れとを合わせて、交流フィルタ２０の出力電圧波形に対して位相が６０°遅れとなるように遅延させて前記第３の値及び前記第４の値を算出するようにしてもよい。この場合には、交流フィルタ２０の応答速度が速い場合であっても、整流器を有する直流負荷３０を接続した場合に発生する高調波成分を低減することができる。
【００３５】
図１に示した本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置１の波形を図３から図５に示す。図３は、インバータ制御装置１の出力電圧を示す図である。ここで、Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆは、基準値から求められるきれいな正弦波である。Ｖｕｃｏｍ，Ｖｖｃｏｍ，Ｖｗｃｏｍは、インバータ１０に対する出力電圧指令値である。Ｖｃｕ,Ｖｃｖ,Ｖｃｗは、インバータ制御装置１の出力電圧（すなわち、交流フィルタ２０の出力電圧）である。
【００３６】
図４は、インバータ制御装置１の出力電圧を三相二相変換した電圧のリサージュ波形を示す図である。ここで、Ｖａ，Ｖｂは、上記のＶｃｕ,Ｖｃｖ,Ｖｃｗを三相二相変換した電圧であり、Ｖａをｘ軸としＶｂをｙ軸としている。
【００３７】
図５は、インバータ制御装置１の出力電圧を回転変換した電圧を示す図である。ここで、Ｖｄ,Ｖｑは、上記のＶａ，Ｖｂを回転座標変換（ｄ−ｑ変換）した電圧である。
【００３８】
次に、図２に示した従来のインバータ制御装置２の波形を図６から図８に示す。図６は、インバータ制御装置２の出力電圧を示す図である。ここで、Ｖｕｒｅｆ，Ｖｖｒｅｆ，Ｖｗｒｅｆは、基準値から求められるきれいな正弦波である。Ｖｕｃｏｍ’，Ｖｖｃｏｍ’，Ｖｗｃｏｍ’は、インバータ１０に対する出力電圧指令値である。Ｖｃｕ’,Ｖｃｖ’,Ｖｃｗ’は、交流フィルタ２０の出力電圧である。
【００３９】
図７は、インバータ制御装置２の出力電圧を三相二相変換した電圧のリサージュ波形を示す図である。ここで、Ｖａ’，Ｖｂ’は、上記のＶｃｕ’,Ｖｃｖ’,Ｖｃｗ’を三相二相変換した電圧であり、Ｖａ’をｘ軸としＶｂ’をｙ軸としている。
【００４０】
図８は、インバータ制御装置２の出力電圧を回転座標変換した電圧を示す図である。ここで、Ｖｄ’,Ｖｑ’は、上記のＶａ’，Ｖｂ’を回転座標変換（ｄ−ｑ変換）した電圧である。
【００４１】
図３から図５に示した本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置１の波形と、図６から図８に示した従来のインバータ制御装置２の波形との比較からも明らかなように、本発明によれば、整流器を有する直流負荷３０を接続した場合に発生する高調波成分を低減することができる。
【００４２】
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、図１に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明により、整流器を有する直流負荷に接続された場合に生じる高調波電圧を低減することができ、回路の小型化や部品点数の削減による低コスト化が実現できるので、インバータを制御する任意の用途に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１      インバータ制御装置
１０    インバータ
２０    交流フィルタ
３０    直流負荷
１０１  電圧検出部
１０２  電流検出部
１０３  座標変換部
１０４  電圧基準値生成部
１０５  比例積分制御部
１０６  電流基準値生成部
１０７  ゲイン乗算部
１０８  ６０°毎一次遅れ処理部
１０９  ６０°遅延部
１１０  微分処理部
１１１  三相交流変換部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図３】
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【図６】
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