(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、該直流電源を交流に変換する電力変換器と、該電力変換器に対して、出力電圧指令値を与える出力電圧指令演算手段からなる電力変換装置において、前記電力変換器の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記出力電圧検出手段の検出結果、並びに前記出力電圧指令値を用いて、前記直流電源の電圧変動の推定を行い、その推定結果から、前記出力電圧指令値を補正する出力電圧指令補正手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、前記出力電圧検出値と、前記出力電圧指令値の比を演算する直流電圧変動検出手段と、該直流電圧変動検出手段の出力に基づいて、前記出力電圧指令を補正する出力電圧指令補正手段を設けることを特徴とした電力変換装置。
【請求項３】
複数の電力変換器を直列接続することで一つの電力変換器とした電力変換器であって、請求項１または請求項２記載の出力電圧指令補正手段を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換装置による電動機駆動においては、供給された交流を、電力変換装置内部で一部直流へ変換した後に所要の可変電圧可変周波数の交流へ変換して出力し、交流電動機の可変速駆動を行っている。この時に、入力の交流電圧の変動等により電力変換装置内部の直流電圧が変動すると、電力変換装置の出力電圧が変動し、さらに電動機速度や電動機発生トルクの変動が発生する。従って、前記直流電圧の変動に対して、出力電圧の変動を抑制するような補正を行う事が課題となる。この様な課題に対し、従来は、例えば、特開平６−３１１７８７  号記載のように直流電圧の検出回路を備える事で、前記検出回路の検出値を用いて出力電圧を制御する方法が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した手法においては、直流電圧の検出回路を設ける必要があるが、直流電圧の検出回路を設けることで、部品点数の増加から装置の複雑化、信頼性の低下等を招く。本発明の目的は、直流電圧の検出手段を設置することなく、直流電圧の変動に対する出力電圧の変動を抑制する機能を有するような電力変換装置を提供する事である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、出力電圧検出手段と、出力電圧検出値と出力電圧指令値の比較手段と、前記比較手段の結果を用いて出力電圧指令値を補正する補正手段を設ける事で達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の第一の実施例を図１に示す。図１において、部品番号１は、電力変換装置へ電力を供給する交流電源、２は、交流を直流に変換する交直変換部、３は、平滑コンデンサ、４は、直流を交流に変換する直交変換部、５は、電力変換装置の負荷である交流電動機、６は、電力変換装置の出力電流を検出する出力電流検出手段、７は、電力変換装置の出力電圧を検出する出力電圧検出手段、８は、電力変換器へ交流電圧指令を与える出力電圧指令演算手段、９は、本発明の特徴部である出力電圧指令補正手段、１０は、電圧指令に制限を与えるリミッタである。
【０００６】
次に、本発明の動作について説明する。交流電源１から供給される交流を、交直変換部２で整流し、平滑コンデンサ３で平滑化して直流電源を得る。直交変換部４では、出力電圧指令演算手段８の出力に基づいて、直流電源を任意の周波数、位相の交流に変換して、交流電動機５に供給し、電動機を可変速駆動する。出力電圧指令演算手段８では、速度指令f0*、並びに電流検出値IoutFBに基づいて、V／f 制御、あるいはセンサレスベクトル制御等により、出力電圧指令値V*を演算して出力する。
【０００７】
従来は、電力変換装置内部に直流電圧の検出回路を備え、その検出値を用いて出力電圧を制御する方法が用いられるが、直流電圧の検出回路を設ける事で部品点数が増加し、装置の複雑化や信頼性低下等を招く。一方で、瞬時停電時の電動機再始動を行う等の理由から、電力変換装置の出力電圧の検出も行われており、この出力電圧検出を利用して前記直流電圧の変動を推定すれば、前記直流電圧の検出回路を省略できる。図１の構成において、出力電圧指令補正手段９は、出力電圧検出手段７による出力電圧検出値、並びに前記出力電圧指令演算手段８による出力電圧指令値Ｖ＊を入力とし、直流電源の電圧変動を推定して前記出力電圧指令値  Ｖ＊  に補正を行い、補正後の出力電圧指令値Ｖ＊＊  を出力する。以上の構成により、前記直流電圧の変動時には前記出力電圧指令値に補正を行い、前記直流電圧の変動による電力変換装置の出力電圧の変動を抑制する事が可能となる。
【０００８】
（実施例２）
図２は本発明の第二の実施例である。第二の実施例は、図１における出力電圧指令補正手段９を、図２に示す除算器９ａ、ならびに乗算器９ｂに置き換えることで実現できる。図２において、部品番号９ａは直流電圧変動検出手段で、具体的には前記補正後の出力電圧指令値V**と出力電圧検出値VoutFB の比を演算する除算器、９ｂは出力電圧指令補正手段で、具体的には９ａの出力を前記出力電圧指令値V*に乗ずる乗算器である。
【０００９】
次に、本発明の動作を、図３を用いて説明する。まず、出力電圧指令値がV*の時に、直流電圧が変動率α0 で変動すると、直交変換器の実際の出力電圧Voutは、Vout ＝α0×V*となる。α0 を検出することができれば、V*を1／α0倍することで、出力電圧の補正が可能となる。本発明では、この1／α0を出力電圧検出値、ならびに補正後の出力電圧指令値を用いて推定する。
【００１０】
除算器９ａは、前記補正後の出力電圧指令値V**並びに出力電圧検出値VoutFB の比を演算し、直流電圧変動率推定値１／αを計算する（ここで、α＝ VoutFB／V**である）。次に、乗算器９ｂにおいて、本来の出力電圧指令値V*を１／α倍し、前記補正後の出力電圧指令値V** を出力する。従ってα0 ＝αであれば、補正後の出力電圧値Voutは、前記出力電圧指令値V*と等しくなる。
【００１１】
従って、本発明によれば、直流電圧に変動が生じた場合にも、出力電圧指令値の通りの出力電圧を得る事が可能となる。また、前述した一連の演算を各々の瞬時値を用いて行えば、原理的には遅延時間がない出力電圧補正が可能となる。
【００１２】
（実施例３）
図４は本発明の第三の実施例である。
【００１３】
図４において、部品番号１〜５、ならびに７、１０は、図１、ならびに図２の実施例の同じ番号のものと同一のものである。１０は、本発明の特徴部である検出電圧補正手段、１１は、出力電圧指令生成手段である。
【００１４】
出力電圧指令生成手段１１は、すでに述べた出力電圧指令演算手段８と同様の動作をする。ただし、出力電圧指令生成手段１１は、出力電圧指令値V*を演算するにあたり、出力電圧の検出値を使用するものとする。前述の第二の実施例や、電圧検出値に基づいて電動機磁束等の推定を行うオブザーバ等が、この出力電圧指令生成手段１１に相当する。前記出力電圧指令値V*の演算の一部に、出力電圧検出値VFB が用いられる場合、出力電圧検出手段７が検出誤差を持つと、それが外乱となり、前記出力電圧指令演算手段の出力に影響を与える。特に、電圧検出器には、直流オフセットが含まれる場合が多く、問題となる。従って、前記直流誤差を取り除く手段が必要となる。図４に示す実施例では、検出電圧補正手段１１を用いて、検出誤差を取り除き、V*の演算に使用する。
【００１５】
図５に、出力電圧指令値を用いた出力電圧検出誤差補正手段の構成例を示す。図５において、１０ａｕｖおよび１０ａｖｗは電圧指令と、補正後の電圧検出値の偏差を演算する第１の減算器、１０ｂｕｖおよび１０ｂｖｗは、偏差を積分する積分器、１０ｃｕｖおよび１０ｃｖｗは、電圧検出値から、偏差の積分値を減算して補正する第２の減算器である。なお、図５は、出力電圧の検出を線間電圧で行った場合であり、以下ＵＶ相間の出力電圧検出値を例に説明を行うが、ＶＷ相間でも補正の方法は同様である。
【００１６】
第１の減算器１０ａは、補正後の出力電圧検出値ＶｕｖＦＢ’から出力電圧指令値Ｖｕｖ＊  を差し引き、両者の差分ｄＶｕｖを出力する。積分器１０ｂでは、ｄＶｕｖを時間積分する事で前記出力電圧検出誤差推定値の時間平均値を求め、出力電圧検出値の直流誤差推定値ＤＶｕｖ  として出力する。第２の減算器１０ｃは、出力電圧検出値ＶｕｖＦＢから直流誤差推定値ＤＶｕｖを差し引き、出力電圧検出値の補正を行う。
【００１７】
ここで、直流誤差がない状態から、ＶｕｖＦＢ  に直流誤差ｄｖが発生した場合を考える。直流誤差がない状態では  Ｄｖｕｖ  ＝  ０  であるから、まずＶｕｖＦＢ  ＝  ＶｕｖＦＢ’  となる。直流誤差が生じると、ｄｖが徐々に積分され、Ｖｕｖ＊＝ＶｕｖＦＢ’となるまで、ＤＶｕｖは変化を続ける。そして、ＤＶｕｖ  ＝  ｄｖ  となった時点で、初めて  Ｖｕｖ＊−ＶｕｖＦＢ’  ＝０
となり、補正は完了する。
【００１８】
従って、本発明によって、出力電圧指令値と出力電圧検出値を用いることで、出力電圧検出値の検出手段に起因する直流誤差の補正が可能となる。
【００１９】
なお、図５は、出力電圧検出を線間電圧で行った場合の実施例であるが、本発明は出力電圧検出が相電圧で行われる場合でも実施可能である。
【００２０】
（実施例４）
図６を用いて、本発明の第四の実施例について説明する。
【００２１】
本発明は、図４における検出電圧補正手段１０を図６のものに置き換えることで実現できる。図６において、１０ｄは、出力電流検出値ＩｕｖｗＦＢを、各相毎に積分する積分器、１０ｅは、出力電圧検出値に補正を加える減算器である。
【００２２】
図６の発明では、出力電流検出値を用いて出力電圧検出誤差の補正を行う。積分器１０ｄは、出力電流検出値  ＩｕｖｗＦＢ  を各相毎に時間積分し、出力相電流ＩｕＦＢ、ＩｖＦＢ  、ＩｗＦＢ  の平均値を出力している。従って、前記積分器出力は、前記出力相電流の直流電流成分に相当し、出力電流に直流が存在する場合のみ、積分器の出力が値を持つようになる。
【００２３】
出力電圧検出器が、直流オフセットを持つ場合、このオフセットを取り除かないと、出力電流に直流成分が発生する。前述の第三の実施例では電圧指令を用いてオフセットの相殺を行ったが、電流検出値を用いても電圧検出器のオフセットを取り除くことが可能である。
【００２４】
次に、本発明の動作原理について説明する。
【００２５】
まず、前記出力相電流が直流電流成分を持たない場合は、前記積分器の出力は零である。ここで、出力電圧検出手段７の直流誤差（直流オフセット）が生じると、出力電圧指令値Ｖ＊が影響を受け、Ｖ＊にも直流が存在することになる。この結果、出力電流に直流電流が発生する。出力電流検出値に直流成分が存在すると、積分器１０ｄの出力は増加し、電圧検出器の出力を補正する。積分器１０ｄの出力は、前記直流電流成分が零となるまで変動を続け、直流電流成分が零となった時点で補正が完了する。
【００２６】
従って、本発明によって、出力電流検出値を用いることによる、出力電圧検出値の検出手段に起因する直流誤差の補正が可能となる。また、一般的に、ベクトル制御等により、電動機５を高性能に駆動するためには、電流値を高分解能で検出する必要がある。その場合、電圧検出器よりも、電流検出器の方の精度を高くする必要がある。よって、電流検出値を使うことで、より高精度、高感度に電圧検出誤差を取り除くことができるようになる。
【００２７】
（実施例５）
図７は第五の実施例であって、前記第一の実施例において、出力電圧検出手段７に起因する検出誤差に対し、検出誤差補正手段１０を加えた例である。
前述の様に、出力電圧検出手段７が検出誤差を持つ場合、出力電圧指令補正手段９が、検出誤差の影響を受けて正しく機能しない。そこで、前記出力電圧指令補正手段が正しく機能する様に、第三、第四の発明の検出誤差補正手段を付加し、直流誤差の影響を取り除く。
【００２８】
前記検出誤差補正手段としては、請求項３や４に記載の出力電圧検出誤差補正手段を適用すれば、特別に外部回路を設ける事は不要である。
【００２９】
（実施例６）
図７は第六の実施例であり、前記第一の実施例で示した本発明を、直列多重方式の電力変換器に対して適用した例である。図７において、部品番号１００は直列多重方式の電力変換器、１００ｕ〜１００ｖはそれぞれＵ相〜Ｗ相の変換器、１１０ｕ〜１４０ｕは低圧の交流を出力するインバータユニット、１１２ｕは交流を直流に変換する交直変換器、１１３ｕは平滑コンデンサ、１１４ｕはフルブリッジで構成された単相インバータである。
【００３０】
（実施例６）
図８は第六の実施例であり、前記第一の実施例で示した本発明を、直列多重方式の電力変換器に対して適用した例である。図８において、部品番号100 は直列多重方式の電力変換器、100u〜100vはそれぞれＵ相〜Ｗ相の変換器、110u〜140uは低圧の交流を出力するインバータユニット、112uは交流を直流に変換する交直変換器、113uは平滑コンデンサ、114uはフルブリッジで構成された単相インバータである。
【００３１】
図７のような、４多重による直列多重方式の電力変換装置では、直流電圧の検出回路を設けようとすると、１相当たり４個の電圧検出手段が必要となり、部品点数の増加から装置の複雑化、信頼性の低下等を招く。しかし本発明の適用により、直流電圧の検出器を設けることなく、交流電圧の検出のみにより、直流電圧の変動による影響を抑制する事が可能となる。よって、本発明によれば、何段に多重化された直列多重変換装置であっても、段数に限らず、電圧センサの数を増やす必要はなく、装置の信頼性を向上できる。
【００３２】
図８のような、４多重による直列多重方式の電力変換装置では、直流電圧の検出回路を設けようとすると、１相当たり４個の電圧検出手段が必要となり、部品点数の増加から装置の複雑化、信頼性の低下等を招く。しかし本発明の適用により、直流電圧の検出器を設けることなく、交流電圧の検出のみにより、直流電圧の変動による影響を抑制する事が可能となる。よって、本発明によれば、何段に多重化された直列多重変換装置であっても、段数に限らず、電圧センサの数を増やす必要はなく、装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る電力変換装置の構成図である。
【図２】本発明の第二の実施例に係る電力変換装置の構成図である。
【図３】本発明の第二の実施例の動作を説明する構成図である。
【図４】本発明の第三の実施例に係る電力変換装置の構成図である。
【図５】本発明の第三の実施例の動作を説明する構成図である。
【図６】本発明の第四の実施例の動作を説明する構成図である。
【図７】本発明の第五の実施例の動作を説明する構成図である。
【図８】本発明の第六の実施例の動作を説明する構成図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…交直変換部、３…平滑コンデンサ、４…直交変換部、５…交流電動機、６…出力電流検出手段、７…出力電圧検出手段、８…出力電圧指令演算手段、９…出力電圧指令補正手段、９ａ…直流電圧変動検出手段、９ｂ…出力電圧指令補正手段、１０…検出電圧補正手段、１０ａ…第１の減算器、１０ｂ…積分器、１０ｃ…第２の減算器、１０ｄ…積分器、１０ｅ…減算器、１１…出力電圧指令演算手段、１００…直列多重方式電力変換器、１００ｕ〜１００ｗ…Ｕ相〜Ｗ相変換器、１１０ｕ〜１４０ｕ…インバータユニット、１１２ｕ…交直変換器、１１３ｕ…平滑コンデンサ、１１４ｕ…単相インバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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