(57)【要約】  コンバータ１およびインバータ３を制御するコンバータ・インバータ制御装置６を備えた電力変換装置において、コンバータ１とインバータ３との間に接続された直流コンデンサ４と、直流コンデンサ４の接続端における直流コンデンサ電圧Ｅｆｃを検出する直流コンデンサ電圧検出器５とを備え、コンバータ・インバータ制御装置６は、交流電動機２のモータ周波数、直流コンデンサ電圧Ｅｆｃ、およびパルスモードに基づき、コンバータ１に対する直流コンデンサ電圧Ｅｆｃの可変制御を行い、モータ周波数の所定範囲ではインバータ３のＰＷＭ変調率をインバータ３の出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減させる値ｍ０に固定してインバータ３の動作を制御する。
2010122651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記交流電動機の周波数の所定範囲では前記インバータのＰＷＭ変調率を前記インバータの出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減させる値に固定して前記インバータの動作を制御すること、
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記所定範囲では前記ＰＷＭ変調率を前記インバータの出力電圧に含まれる５次または７次高調波を低減させる値に固定して前記インバータの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記交流電動機の周波数に基づき、前記コンデンサ電圧の電圧指令値と、前記インバータの出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減させる前記ＰＷＭ変調率とを演算する演算部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
３パルスモードの場合、前記所定範囲における前記ＰＷＭ変調率は、０．９２〜０．９４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンバータは、単相２レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相２レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コンバータは、三相２レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相２レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記コンバータは、単相３レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相３レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記コンバータは、三相３レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相３レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記コンバータは、単相３レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相２レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記コンバータは、三相３レベルコンバータであり、
前記インバータは、三相２レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記交流電動機は、三相誘導電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記交流電動機は、三相同期電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと当該直流電力を交流電力に変換するインバータとにより交流電動機を駆動する電気車の電力変換装置に関するものであり、特に、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波成分を低減する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換装置では、誘導電動機を可変周波数可変電圧で効率的に駆動するため、トランジスタモジュールの交流出力電圧と交流出力周波数の比Ｖ／Ｆを一定となるように制御することが知られている。このＶ／Ｆの一定制御を実現するためには、ＰＷＭ変調度をトランジスタモジュール出力周波数に比例して変化させる必要がある。ただし、一般的なＰＷＭ制御方式のインバータ装置では、直流電圧が高く、変調率が低いほど、基本波電圧成分に対して、キャリア周波数電圧成分の比が大きくなり、歪が大きいことが知られており、その結果として、低周波数領域では、誘導電動機に大きな高調波電流が流れ、振動等が大きくなるという問題があった。【０００３】
このような問題を解消する手段として、下記特許文献１に示される従来技術は、インバータ出力周波数が低い領域では直流電圧を固定してインバータの変調率を可変とすることでインバータ出力電圧を制御し、インバータ出力周波数が高い領域では当該変調率を固定して当該直流電圧を可変とすることでインバータ出力電圧を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術は、上述したようにインバータ出力周波数が高い領域では、インバータの変調率を固定して、直流電圧を可変とすることでインバータ出力電圧を制御しているが、このときの変調率の値は、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減する値に設定されておらず、上述した所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機のトルクの周波数が、電力変換装置が搭載される機器の共振周波数に重なると、当該機器の振動や騒音が大きくなるという課題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減することが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記制御部は、前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記交流電動機の周波数の所定範囲では前記インバータのＰＷＭ変調率を前記インバータの出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減させる値に固定して前記インバータの動作を制御すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、コンバータに対する直流コンデンサ電圧の可変制御を行い、変調率の値をインバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減できる値に固定して、インバータを可変電圧可変周波数運転するようにしたので、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、インバータ出力電圧の５次／７次成分およびトルクの６次成分と、制御部で演算された変調率との関係を示した図である。
【図４】図４は、直流コンデンサ電圧指令生成部の動作を説明するための図である。
【図５】図５は、変調率演算部の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示すブロック図である。電力変換装置は、主たる構成として、交流電力を直流電力に変換するコンバータ１、直流電力を交流電力に変換して交流電動機２を可変電圧可変周波数運転するインバータ３、コンバータ１の出力とインバータ３の入力の間に接続される直流コンデンサ４、直流コンデンサ４の電圧を検出する直流コンデンサ電圧検出器（以下単に「電圧検出器」と称する）５、コンバータ１およびインバータ３を制御するコンバータ・インバータ制御装置（以下単に「制御部」と称する）６を有して構成されている。
【００１２】
制御部６は、直流コンデンサ電圧Ｅｆｃおよびモータ周波数に基づいて、コンバータゲート信号ＧＳ１およびインバータゲート信号ＧＳ２を出力する。以下、制御部６の構成と動作を詳述する。
【００１３】
図２は、実施の形態１にかかる制御部の構成を示すブロック図である。制御部６は、主たる構成として、演算部６１、コンバータ制御部１０、およびインバータＰＷＭ制御部９を有して構成されている。
【００１４】
演算部６１およびインバータＰＷＭ制御部９には、交流電動機２を可変電圧可変周波数制御するインバータ周波数ｆｉｎｖが入力される。なお、本実施の形態では、交流電動機２に取り付けられた速度センサ（図示せず）から得られたモータ周波数よりインバータ周波数ｆｉｎｖを演算しているが、速度センサレスの場合には速度センサレス制御で得られる速度推定値を用いてもよいことは言うまでもない。
【００１５】
演算部６１を構成する直流コンデンサ電圧指令生成部７は、インバータ周波数の関数として直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を演算し、変調率演算部８は、インバータ３の変調率ｍを演算する。
【００１６】
コンバータ制御部１０は、直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を入力とし、また電圧検出器５によって検出された直流コンデンサ電圧Ｅｆｃのフィードバック制御をすることによって、直流コンデンサ電圧Ｅｆｃを直流コンデンサ電圧Ｅｆｃ＊に追従させるためのコンバータゲート信号ＧＳ１を出力してコンバータ１を制御する。
【００１７】
インバータＰＷＭ制御部９は、インバータ周波数ｆｉｎｖ、変調率ｍ、およびＰＷＭパルスモード設定に基づいて、インバータゲート信号ＧＳ２を出力してインバータ３を制御する。
【００１８】
次に、制御部６の動作について説明する。インバータ３の出力電圧Ｖｉｎｖと直流コンデンサ電圧Ｅｆｃと変調率ｍとの間には、１式の関係が成り立つ。ただし、Ｋは定数である。
Ｖｉｎｖ＝Ｋ・ｍ・Ｅｆｃ  ・・・（１式）
【００１９】
通常は、直流コンデンサ電圧指令生成部７に示されているインバータ周波数ｆｉｎｖと直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊との関係のように、直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を一定値として、変調率演算部８で（１式）の関係が成り立つように変調率ｍを制御して交流電動機２を可変電圧可変周波数制御する。
【００２０】
本発明の電力変換装置が搭載される機器に共振特性があり、交流電動機２が発生するトルクに上記共振周波数の成分が含まれていると、上記機器が振動し騒音が発生する。このような場合、演算部６１は、当該共振周波数を発生するインバータ周波数ｆｉｎｖ０付近では、変調率ｍの値を、当該共振周波数を低減できる値（変調率ｍ０）に制御する。
【００２１】
具体例を下記に示す。図３は、インバータ出力電圧の５次／７次成分およびトルクの６次成分と、制御部で演算された変調率との関係を示した図であり、図４は、直流コンデンサ電圧指令生成部の動作を説明するための図であり、図５は、変調率演算部の動作を説明するための図である。
【００２２】
図３には、インバータ２が３レベルインバータで、パルスモードが同期３パルスモードの場合における変調率と、インバータ出力電圧（相電圧）に含まれる５次、７次周波数成分と、これらの周波数成分の電圧によって交流電動機２から発生するトルクの６次周波数成分との関係が示されている。
【００２３】
本実施の形態にかかる電力変換装置が搭載される機器の共振周波数が、例えば４８０Ｈｚの場合、トルクの６次周波数成分が４８０Ｈｚになるインバータ周波数は、４８０／６＝８０Ｈｚとなる。すなわち、図４、５において、共振周波数成分を発生するインバータ周波数ｆｉｎｖ０は、８０Ｈｚ付近であり、当該共振周波数（８０Ｈｚ付近）を低減できる変調率ｍ０は、図３の関係から、例えば０．９２〜０．９４の範囲となる。従って、インバータ周波数ｆｉｎｖ０付近（８０Ｈｚ付近）の変調率ｍ０を上述した値に設定すればトルクの６次成分を低減可能である。
【００２４】
このように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、直流コンデンサ電圧指令生成部７によってコンバータ１に対する直流コンデンサ電圧Ｅｆｃの可変制御を行い、演算部８によって変調率ｍを相電圧に含まれる所定次数の周波数成分を低減できる値に設定してインバータ３を可変電圧可変周波数運転する。したがって、本実施の形態にかかる電力変換装置は、所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機２のトルクの周波数と、電力変換装置が搭載される機器の共振周波数とが重なっても、当該機器の振動や騒音を低減することができる。
【００２５】
また、交流電動機２の発生トルクの高調波成分と、コンバータ１からインバータ３間の直流回路に流れる直流電流の高調波成分とは同じなので、本実施の形態にかかる電力変換装置は、コンバータ１からインバータ３間の直流回路に流れる直流電流に含まれる所定次数の直流電流成分も低減することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態にかかるコンバータ１は、単相コンバータでも三相コンバータでもよく、それぞれ２レベルコンバータ、３レベルコンバータのいずれでもよい。また、各コンバータ１と組み合わされるインバータ３は、三相インバータで２レベルインバータ、三相３レベルインバータのいずれでもよい。また、交流電動機２は、三相誘導電動機、三相同期電動機のいずれでもよい。
【００２７】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、コンバータ１に対する直流コンデンサ電圧Ｅｆｃの可変制御し、変調率ｍを相電圧に含まれる所定次数の周波数成分を低減できる値に設定してインバータ３を可変電圧可変周波数運転する制御部６を備えるようにしたので、所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機２のトルクの周波数と電力変換装置が搭載される機器の共振周波数とが重なっても、当該機器の振動や騒音を低減することが可能である。また、コンバータ１とインバータ３間の直流回路に流れる直流電流に含まれる所定次数の直流電流成分を低減する変調率に設定することにより、所定次数の直流電流成分を低減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明に係る電力変換装置は、交流電気車に適用可能であり、特に、単相交流電力を単相コンバータで直流電力に変換し、三相インバータで当該直流電力を交流電力に変換して三相誘導電動機や三相同期電動機を制御し、電気車に搭載される機器の振動や騒音を低減する発明として有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  コンバータ
２  交流電動機
３  インバータ
４  直流コンデンサ
５  直流コンデンサ電圧検出器（電圧検出器）
６  コンバータ・インバータ制御装置（制御部）
７  直流コンデンサ電圧指令生成部
８  変調率演算部
９  インバータＰＷＭ制御部
１０  コンバータ制御部
６１  演算部
Ｅｆｃ  直流コンデンサ電圧（コンデンサ電圧）
Ｅｆｃ＊  直流コンデンサ電圧指令値（コンデンサ電圧指令値）
ｆｉｎｖ  インバータ周波数
ｆｉｎｖ０  共振周波数成分を発生するインバータ周波数
ＧＳ１  コンバータゲート信号
ＧＳ２  インバータゲート信号
ｍ，ｍ０  変調率
【図１】
2010122651.tif 000003
【図２】
2010122651.tif 000004
【図３】
2010122651.tif 000005
【図４】
2010122651.tif 000006
【図５】
2010122651.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと当該直流電力を交流電力に変換するインバータとにより交流電動機を駆動する電気車の電力変換装置に関するものであり、特に、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波成分を低減する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換装置では、誘導電動機を可変周波数可変電圧で効率的に駆動するため、トランジスタモジュールの交流出力電圧と交流出力周波数の比Ｖ／Ｆを一定となるように制御することが知られている。このＶ／Ｆの一定制御を実現するためには、ＰＷＭ変調度をトランジスタモジュール出力周波数に比例して変化させる必要がある。ただし、一般的なＰＷＭ制御方式のインバータ装置では、直流電圧が高く、変調率が低いほど、基本波電圧成分に対して、キャリア周波数電圧成分の比が大きくなり、歪が大きいことが知られており、その結果として、低周波数領域では、誘導電動機に大きな高調波電流が流れ、振動等が大きくなるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解消する手段として、下記特許文献１に示される従来技術は、インバータ出力周波数が低い領域では直流電圧を固定してインバータの変調率を可変とすることでインバータ出力電圧を制御し、インバータ出力周波数が高い領域では当該変調率を固定して当該直流電圧を可変とすることでインバータ出力電圧を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術は、上述したようにインバータ出力周波数が高い領域では、インバータの変調率を固定して、直流電圧を可変とすることでインバータ出力電圧を制御しているが、このときの変調率の値は、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減する値に設定されておらず、上述した所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機のトルクの周波数が、電力変換装置が搭載される機器の共振周波数に重なると、当該機器の振動や騒音が大きくなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減することが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記制御部は、前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記電力変換装置が搭載される機器の共振周波数の１／６のインバータ周波数付近のＰＷＭ変調率を所定の値に固定して前記インバータの動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、コンバータに対する直流コンデンサ電圧の可変制御を行い、変調率の値をインバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減できる値に固定して、インバータを可変電圧可変周波数運転するようにしたので、インバータ出力電圧に含まれる所定次数の高調波を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、インバータ出力電圧の５次／７次成分およびトルクの６次成分と、制御部で演算された変調率との関係を示した図である。
【図４】図４は、直流コンデンサ電圧指令生成部の動作を説明するための図である。
【図５】図５は、変調率演算部の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示すブロック図である。電力変換装置は、主たる構成として、交流電力を直流電力に変換するコンバータ１、直流電力を交流電力に変換して交流電動機２を可変電圧可変周波数運転するインバータ３、コンバータ１の出力とインバータ３の入力の間に接続される直流コンデンサ４、直流コンデンサ４の電圧を検出する直流コンデンサ電圧検出器（以下単に「電圧検出器」と称する）５、コンバータ１およびインバータ３を制御するコンバータ・インバータ制御装置（以下単に「制御部」と称する）６を有して構成されている。
【００１２】
制御部６は、直流コンデンサ電圧Ｅｆｃおよびモータ周波数に基づいて、コンバータゲート信号ＧＳ１およびインバータゲート信号ＧＳ２を出力する。以下、制御部６の構成と動作を詳述する。
【００１３】
図２は、実施の形態１にかかる制御部の構成を示すブロック図である。制御部６は、主たる構成として、演算部６１、コンバータ制御部１０、およびインバータＰＷＭ制御部９を有して構成されている。
【００１４】
演算部６１およびインバータＰＷＭ制御部９には、交流電動機２を可変電圧可変周波数制御するインバータ周波数ｆｉｎｖが入力される。なお、本実施の形態では、交流電動機２に取り付けられた速度センサ（図示せず）から得られたモータ周波数よりインバータ周波数ｆｉｎｖを演算しているが、速度センサレスの場合には速度センサレス制御で得られる速度推定値を用いてもよいことは言うまでもない。
【００１５】
演算部６１を構成する直流コンデンサ電圧指令生成部７は、インバータ周波数の関数として直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を演算し、変調率演算部８は、インバータ３の変調率ｍを演算する。
【００１６】
コンバータ制御部１０は、直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を入力とし、また電圧検出器５によって検出された直流コンデンサ電圧Ｅｆｃのフィードバック制御をすることによって、直流コンデンサ電圧Ｅｆｃを直流コンデンサ電圧Ｅｆｃ＊に追従させるためのコンバータゲート信号ＧＳ１を出力してコンバータ１を制御する。
【００１７】
インバータＰＷＭ制御部９は、インバータ周波数ｆｉｎｖ、変調率ｍ、およびＰＷＭパルスモード設定に基づいて、インバータゲート信号ＧＳ２を出力してインバータ３を制御する。
【００１８】
次に、制御部６の動作について説明する。インバータ３の出力電圧Ｖｉｎｖと直流コンデンサ電圧Ｅｆｃと変調率ｍとの間には、１式の関係が成り立つ。ただし、Ｋは定数である。
Ｖｉｎｖ＝Ｋ・ｍ・Ｅｆｃ  ・・・（１式）
【００１９】
通常は、直流コンデンサ電圧指令生成部７に示されているインバータ周波数ｆｉｎｖと直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊との関係のように、直流コンデンサ電圧指令値Ｅｆｃ＊を一定値として、変調率演算部８で（１式）の関係が成り立つように変調率ｍを制御して交流電動機２を可変電圧可変周波数制御する。
【００２０】
本発明の電力変換装置が搭載される機器に共振特性があり、交流電動機２が発生するトルクに上記共振周波数の成分が含まれていると、上記機器が振動し騒音が発生する。このような場合、演算部６１は、当該共振周波数を発生するインバータ周波数ｆｉｎｖ０付近では、変調率ｍの値を、当該共振周波数を低減できる値（変調率ｍ０）に制御する。
【００２１】
具体例を下記に示す。図３は、インバータ出力電圧の５次／７次成分およびトルクの６次成分と、制御部で演算された変調率との関係を示した図であり、図４は、直流コンデンサ電圧指令生成部の動作を説明するための図であり、図５は、変調率演算部の動作を説明するための図である。
【００２２】
図３には、インバータ２が３レベルインバータで、パルスモードが同期３パルスモードの場合における変調率と、インバータ出力電圧（相電圧）に含まれる５次、７次周波数成分と、これらの周波数成分の電圧によって交流電動機２から発生するトルクの６次周波数成分との関係が示されている。
【００２３】
本実施の形態にかかる電力変換装置が搭載される機器の共振周波数が、例えば４８０Ｈｚの場合、トルクの６次周波数成分が４８０Ｈｚになるインバータ周波数は、４８０／６＝８０Ｈｚとなる。すなわち、図４、５において、共振周波数成分を発生するインバータ周波数ｆｉｎｖ０は、８０Ｈｚ付近であり、当該共振周波数（８０Ｈｚ付近）を低減できる変調率ｍ０は、図３の関係から、例えば０．９２〜０．９４の範囲となる。従って、インバータ周波数ｆｉｎｖ０付近（８０Ｈｚ付近）の変調率ｍ０を上述した値に設定すればトルクの６次成分を低減可能である。
【００２４】
このように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、直流コンデンサ電圧指令生成部７によってコンバータ１に対する直流コンデンサ電圧Ｅｆｃの可変制御を行い、演算部８によって変調率ｍを相電圧に含まれる所定次数の周波数成分を低減できる値に設定してインバータ３を可変電圧可変周波数運転する。したがって、本実施の形態にかかる電力変換装置は、所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機２のトルクの周波数と、電力変換装置が搭載される機器の共振周波数とが重なっても、当該機器の振動や騒音を低減することができる。
【００２５】
また、交流電動機２の発生トルクの高調波成分と、コンバータ１からインバータ３間の直流回路に流れる直流電流の高調波成分とは同じなので、本実施の形態にかかる電力変換装置は、コンバータ１からインバータ３間の直流回路に流れる直流電流に含まれる所定次数の直流電流成分も低減することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態にかかるコンバータ１は、単相コンバータでも三相コンバータでもよく、それぞれ２レベルコンバータ、３レベルコンバータのいずれでもよい。また、各コンバータ１と組み合わされるインバータ３は、三相インバータで２レベルインバータ、三相３レベルインバータのいずれでもよい。また、交流電動機２は、三相誘導電動機、三相同期電動機のいずれでもよい。
【００２７】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる電力変換装置は、インバータの同期パルスモードＰＷＭ制御時に、コンバータ１に対する直流コンデンサ電圧Ｅｆｃの可変制御し、変調率ｍを相電圧に含まれる所定次数の周波数成分を低減できる値に設定してインバータ３を可変電圧可変周波数運転する制御部６を備えるようにしたので、所定次数の高調波成分に起因して発生する交流電動機２のトルクの周波数と電力変換装置が搭載される機器の共振周波数とが重なっても、当該機器の振動や騒音を低減することが可能である。また、コンバータ１とインバータ３間の直流回路に流れる直流電流に含まれる所定次数の直流電流成分を低減する変調率に設定することにより、所定次数の直流電流成分を低減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明に係る電力変換装置は、交流電気車に適用可能であり、特に、単相交流電力を単相コンバータで直流電力に変換し、三相インバータで当該直流電力を交流電力に変換して三相誘導電動機や三相同期電動機を制御し、電気車に搭載される機器の振動や騒音を低減する発明として有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１  コンバータ
２  交流電動機
３  インバータ
４  直流コンデンサ
５  直流コンデンサ電圧検出器（電圧検出器）
６  コンバータ・インバータ制御装置（制御部）
７  直流コンデンサ電圧指令生成部
８  変調率演算部
９  インバータＰＷＭ制御部
１０  コンバータ制御部
６１  演算部
Ｅｆｃ  直流コンデンサ電圧（コンデンサ電圧）
Ｅｆｃ＊  直流コンデンサ電圧指令値（コンデンサ電圧指令値）
ｆｉｎｖ  インバータ周波数
ｆｉｎｖ０  共振周波数成分を発生するインバータ周波数
ＧＳ１  コンバータゲート信号
ＧＳ２  インバータゲート信号
ｍ，ｍ０  変調率
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記電力変換装置が搭載される機器の共振周波数の１／６のインバータ周波数付近のＰＷＭ変調率を所定の値に固定して前記インバータの動作を制御すること、
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記共振周波数の１／６のインバータ周波数付近では前記ＰＷＭ変調率を前記インバータの出力電圧に含まれる５次または７次高調波を低減させる値に固定して前記インバータの動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記交流電動機の周波数に基づき、前記コンデンサ電圧の電圧指令値と、前記ＰＷＭ変調率とを演算する演算部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
３パルスモードの場合、前記所定の値は、０．９２〜０．９４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記コンバータは、単相２レベルコンバータと、三相２レベルコンバータと、単相３レベルコンバータと、三相３レベルコンバータとの何れかであり、
前記インバータは、三相２レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コンバータは、単相３レベルコンバータと三相３レベルコンバータとの何れかであり、
前記インバータは、三相３レベルインバータであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記交流電動機は、三相誘導電動機または三相同期電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月26日(2010.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、を備え、前記制御部は、前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記電力変換装置が搭載される機器の共振周波数の１／６のインバータ周波数付近のＰＷＭ変調率を０．９２〜０．９４の範囲にある所定の値に固定して前記インバータの動作を制御すること、を特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を任意周波数および任意電圧の交流電力に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御部とを備えた電力変換装置において、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの接続端におけるコンデンサ電圧を検出する電圧検出器と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電動機の周波数、前記コンデンサ電圧、およびパルスモードに基づき、前記コンバータに対する前記コンデンサ電圧の可変制御を行い、前記電力変換装置が搭載される機器の共振周波数の１／６のインバータ周波数付近のＰＷＭ変調率を０．９２〜０．９４の範囲にある所定の値に固定して前記インバータの動作を制御すること、
を特徴とする電力変換装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
３パルスモードの場合、前記ＰＷＭ変調率は、０．９２〜０．９４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
2010122651.tif 000008
2010122651.tif 000009
2010122651.tif 000010
2010122651.tif 000011