(57)【要約】  電力変換装置（１）は回転電機（３）に電力供給する電力変換器（１０）と制御装置（１１）とを備える。制御装置（１１）は、速度指令に基づいて電圧指令を演算し、該電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチング状態（Ｓｕｖｗ１）を生成する第１スイッチングパターン生成部（１４）と、速度指令に基づいて制御量指令を演算すると共に制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチング状態（Ｓｕｖｗ２）を生成する第２スイッチングパターン生成部（１６）と、第１、第２スイッチング状態（Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２）から１つのスイッチング状態（Ｓｕｖｗ）を出力してスイッチング指令とする選択部（１７）とを備える。
2019155529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える電力変換装置において、
上記制御装置は、
上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、
上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、
上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、
上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える、
電力変換装置。
【請求項２】
上記選択部は、上記速度指令および上記制御量指令演算部が演算する上記制御量指令を含む上記回転電機の制御状態の指令の内、少なくとも１つの指令と、該指令に対応する制御状態情報との差分情報に基づいて、上記１つのスイッチング状態を選択して上記スイッチング指令を生成する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記選択部は、上記差分情報が設定差分量より大きいとき、上記第２スイッチングパターンによるスイッチング状態を選択して上記スイッチング指令を生成する、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記選択部は、上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態と第２スイッチングパターンによるスイッチング状態との誤差に基づいて、上記設定差分量を変更する、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記複数のスイッチングパターンは、上記電力変換器の出力電圧歪みを低減するように設定されて、上記第１スイッチングパターン生成部が有するテーブルに保持される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記電圧指令演算部は、
上記速度指令に基づいて電流指令を算出し、上記電力変換器の出力電流を取得して該出力電流が上記電流指令に追従するように上記電圧指令を演算する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記制御量指令演算部は、上記回転電機の回転速度を取得して該回転速度が上記速度指令に追従するように上記制御量指令を演算し、
上記第２スイッチングパターン生成部は、現在のスイッチング指令と、上記制御量指令と、取得された上記制御量とに基づき、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記制御量は上記回転電機のトルクおよび磁束であり、上記制御量指令はトルク指令および磁束指令である、
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記制御量は上記電力変換器の出力電流であり、上記制御量指令は電流指令である、
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
上記選択部は、上記速度指令、トルク指令、磁束指令および電流指令の内、少なくとも１つを上記指令として用いる、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
上記選択部は、上記第２スイッチングパターン生成部を含んで構成され、
上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態を上記１つのスイッチング状態として選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える電力変換装置において、
上記制御装置は、
上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、
上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、
上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態である１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える、
電力変換装置。
【請求項１３】
上記選択部は、全ての仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、該推定制御量と上記制御量指令との差分が最小となる仮スイッチング状態を、上記１つのスイッチング状態として選択する、
請求項１２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機の制御に用いられる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用機械装置を駆動するための回転電機の動作を制御する電力変換装置では、最適化パルスパターン制御が広く用いられている。一般に、最適化パルスパターンは、目標に関して最適化されているスイッチングパターンであり、例えば、任意に定められたスイッチング回数の中で全体的な電流歪みが最小となるように最適化され、オフラインにて予め算出して用いられる。電力変換装置では、例えば電圧指令ごとに最適化パルスパターンを保持し、電圧指令に応じて選択して用いる。
最適化パルスパターン制御は、電流高調波成分の低減やスイッチング回数の抑制が可能であるが、速度指令の急変、外乱負荷の急増などの過渡状態での応答性が劣化するものである。【０００３】
このような問題点を改善する制御として、特許文献１に、以下の制御が記載される。最適化された切換えシーケンス（最適化パルスパターン）による回転電機の磁束を予測し、基準磁束との差である磁束誤差を、切換えシーケンスの切換え転移の転移時間を変更して低減する。
また、特許文献２には、回転電機の速度領域に基づいて最適化パルスパターン制御とパルス幅変調方式を切り換える制御が記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３９０９２号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１９３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の制御では、過渡状態に対し、最適化パルスパターンのスイッチングタイミングを変更することにより応答性の向上を図っている。しかし、過渡状態に至る前に決定されたパルスパターンに基づいて変更するため、大きな指令変動や複数の変動に対応して変更することが困難となる。
また、特許文献２に記載の制御では、回転電機の速度領域により判断してパルスパターンを生成するため、応答性が低下するという問題点があった。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、最適化パルスパターンを用いて回転電機を制御する電力変換装置において、安定して高い制御応答性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る第１の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える。【０００８】
またこの発明に係る第２の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態である１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による第１の電力変換装置は、第１スイッチングパターンを用いた制御では最適化パルスパターン制御が可能であり、第２スイッチングパターンを用いた制御では過渡状態にも高い応答性が可能となる。そして、選択部は、第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択してスイッチング指令を生成するため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。【００１０】
またこの発明による第２の電力変換装置は、第１スイッチングパターンを用いた制御では最適化パルスパターン制御が可能であり、選択部は、第１スイッチングパターンを基準にしてスイッチング状態を選択し、過渡状態にも高い応答性が可能となる。このため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置を実現するハードウェア構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による第１スイッチングパターン生成部が有するテーブルを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による第１スイッチングパターンを説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１による第２スイッチングパターンの生成を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１による第２スイッチングパターンの生成を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１による選択部の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１の別例による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による第１スイッチングパターンを説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による選択部の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による選択部の動作フローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換装置を図に基づいて以下に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１は、直流電源２と回転電機３との間に接続され、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換して回転電機３に供給して回転電機３を制御する。回転電機３は、供給された交流電力を動力に変換する。
なお、ここで使用される回転電機３は、電動機として説明するが、他の種類の回転電機を用いてもよい。また、回転電機３には回転速度Ｗｒｅを検出する速度検出部４が設けられる。
【００１３】
電力変換装置１は、主回路である電力変換器１０と、電力変換器１０を出力制御する制御装置１１とを備える。制御装置１１は、電流検出部１２と、電圧指令演算部１３と、第１スイッチングパターン生成部１４と、制御量指令演算部１５と、第２スイッチングパターン生成部１６と、選択部１７とを備える。
電流検出部１２は電力変換器１０の出力電流Ｉｕｖｗを検出し、電圧指令演算部１３は電力変換器１０の電圧指令Ｖｒｅｆを演算する。第１スイッチングパターン生成部１４は電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて第１スイッチングパターンを生成する。制御量指令演算部１５は、速度指令Ｗｒｅｆに基づいて制御量指令を演算する。第２スイッチングパターン生成部１６は、制御量指令演算部１５からの制御量指令に基づいて第２スイッチングパターンを生成する。そして選択部１７は、第１、第２スイッチングパターンによる第１、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２から１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択して、電力変換器１０へのスイッチング指令を生成する。
【００１４】
このような電力変換装置１は、図２で示すハードウェア構成により実現される。
図２に示すように、電力変換器１０は、それぞれダイオードが逆並列接続された複数の半導体スイッチング素子ＳＷ（Ｓｕ０、Ｓｕ１、Ｓｖ０、Ｓｖ１、Ｓｗ０、Ｓｗ１）を備えて構成され、直流電源２の直流電力を三相交流電力に変換して、負荷である電動機などの回転電機３を駆動する。
制御装置１１は、例えばＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）検出器から成る電流検出部１２と、プロセッサ５０と、記憶装置５１とを備えて構成される。
【００１５】
プロセッサ５０は、記憶装置５１から入力されたプログラムを実行する。記憶装置５１は補助記憶装置と揮発性記憶装置を備える、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムがプロセッサ５０に入力される。また、プロセッサ５０は、演算結果等のデータを記憶装置５１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に演算結果データを保存してもよい。
このようにプロセッサ５０および記憶装置５１の動作により、図１で示す電圧指令演算部１３、第１スイッチングパターン生成部１４、制御量指令演算部１５、第２スイッチングパターン生成部１６および選択部１７での機能を実現する。
【００１６】
次に、電力変換装置１の各部の構成および動作について詳細に説明する。
電力変換器１０は、選択部１７で選択されたスイッチング状態Ｓｕｖｗに基づくスイッチング指令により、各相の半導体スイッチング素子ＳＷがスイッチング制御され、回転電機３に交流電力を供給する。
電流検出部１２は、電力変換器１０と回転電機３の間の三相交流電流である電力変換器１０の出力電流Ｉｕｖｗを検出し、この検出電流（出力電流Ｉｕｖｗ）を第２スイッチングパターン生成部１６に入力する。
電流検出部１２には、ＣＴ検出器以外に、シャント抵抗等、いずれの電流検出器を用いてもよい。また、電流検出部１２は、二相分の電流を検出し、残りの一相分を算出して取得しても良く、さらにまた、１つの検出器にて三相交流電流を復元する１シャント電流検出方式を用いてもよい。
【００１７】
速度検出部４にて検出された回転速度Ｗｒｅは、制御量指令演算部１５、第２スイッチングパターン生成部１６および選択部１７に入力される。ここで速度検出部４には、エンコーダ、レゾルバ、ホールセンサ等、いずれの速度検出器を用いてもよい。この場合、回転電機３の回転速度は直接検出されて、該回転速度を制御装置１１が取得しているが、制御装置１１は、回転速度を推定して取得しても良い。例えば、選択されたスイッチング状態Ｓｕｖｗと出力電流Ｉｕｖｗとから回転電機３のオブザーバおよび速度推定器等を用いて回転速度を推定し、その推定速度を用いてもよい。
また、制御装置１１には、速度指令Ｗｒｅｆが与えられ、この速度指令Ｗｒｅｆは、電圧指令演算部１３と制御量指令演算部１５と選択部１７とに入力される。
【００１８】
電圧指令演算部１３は、入力された速度指令Ｗｒｅｆに基づいて電圧指令Ｖｒｅｆを演算して、第１スイッチングパターン生成部１４に入力する。電圧指令Ｖｒｅｆは、電力変換器１０で出力したい交流電圧の振幅成分と周波数成分をもつ。
第１スイッチングパターン生成部１４は、電圧指令Ｖｒｅｆの振幅成分に対応して予め設定された複数のスイッチングパターンを格納したテーブル１４Ｔを有する。このスイッチングパターンは、出力電圧高調波を低減するためのスイッチング位相のパターン、即ち、半導体スイッチング素子ＳＷをオン／オフ駆動する位相の組合せであり、電圧指令Ｖｒｅｆの振幅成分に対応して予め演算されて設定される。この場合、出力電圧高調波が最小となるスイッチング位相のパターンが設定される。そして、電圧指令Ｖｒｅｆの振幅成分とそれに対応するスイッチングパターンとがテーブル１４Ｔに保持される。
【００１９】
スイッチング位相をｋ個（θ１〜θｋ）有するスイッチングパターンの場合、各電圧指令の振幅成分毎にｋ個のスイッチング位相の組がテーブル１４Ｔに保持される。例えば、３個のスイッチング位相を有するスイッチングパターンの場合のテーブル１４Ｔを、図３に示す。
ここで、Ａ〜Ｅは電圧指令の振幅成分の領域を示す。例えば、振幅成分がＣ領域にあるとき、スイッチング位相はθ１ｃ、θ２ｃ、θ３ｃとなる。
【００２０】
第１スイッチングパターン生成部１４は、電圧指令演算部１３から入力された電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて、テーブル１４Ｔを参照し、１つのスイッチングパターンを抽出して第１スイッチングパターンとする。
例えば、３個のスイッチング位相を有する第１スイッチングパターン（θ１、θ２、θ３）が決定されると、交流電圧の１周期２πに対して、図４に示すスイッチングパルスのパターン１４ｕが生成される。この場合、Ｕ相のパターン１４ｕのみ図示しているが、２π／３ずつずれた位相で各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のパターンが生成される。なお、パターン１４ｕにおいて、縦軸はＵ相電圧レベルを示し、１のとき上アームの半導体スイッチング素子Ｓｕ０がオンし、０のとき下アームの半導体スイッチング素子Ｓｕ１がオンすることを示す。
【００２１】
そして、第１スイッチングパターン生成部１４は、入力された電圧指令Ｖｒｅｆの周波数成分に基づいて、第１スイッチングパターンの各スイッチング位相を、対応する時刻に置き換えて、第１スイッチングパターンによる三相のスイッチング状態を第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１として出力する。三相のスイッチング状態は、各相を０または１とした３つの数字の組み合わせで表すことができる。
【００２２】
制御量指令演算部１５は、入力された速度指令Ｗｒｅｆと回転速度Ｗｒｅとに基づいて、制御量指令としてのトルク指令Ｔｒｅｆおよび磁束指令Ψｒｅｆを演算する。この場合、回転電機３の制御状態を示す制御量としてトルクＴｅおよび磁束Ψｅを用いる。
【００２３】
第２スイッチングパターン生成部１６には、検出された出力電流Ｉｕｖｗと、選択部１７で選択されたスイッチング状態Ｓｕｖｗと、回転速度Ｗｒｅとが入力される。そして、第２スイッチングパターン生成部１６は、回転電機３のトルクＴｅと磁束Ψｅとを算出し、トルクＴｅおよび磁束Ψｅが、制御量指令演算部１５で演算したトルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆにそれぞれ制限幅ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆを設定した指令幅内に収まるように、第２スイッチングパターンである第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を出力する。
【００２４】
なお、第１スイッチングパターン生成部１４は、スイッチング位相の組み合わせによる第１スイッチングパターンを生成し、それに基づいて第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を生成するものであったが、これに対し第２スイッチングパターン生成部１６は、直接三相のスイッチング状態である第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を第２スイッチングパターンとして生成する。
【００２５】
第２スイッチングパターン生成部１６の動作、即ち第２スイッチングパターン（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）の生成について、図５、図６に基づいて以下に説明する。
電力変換器１０のスイッチング状態は、Ｖ０（０００）〜Ｖ７（１１１）の８通りである。例えばＶ１（１００）は、Ｕ相では上アームの半導体スイッチング素子Ｓｕ０がオン、Ｖ相、Ｗ相では下アームの半導体スイッチング素子Ｓｖ０、Ｓｗ０がオン、である状態を示す。
【００２６】
第２スイッチングパターン生成部１６は、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆにそれぞれ制限幅ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆを設定した指令幅内に、トルクＴｅと磁束Ψｅとが収まるように第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２（Ｖｘ）を出力する。この第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２（Ｖｘ）は、次に出力すべきスイッチング状態をＶ０〜Ｖ７の中から選択することで生成される。なお、図５に示されるトルクＴｅ、磁束Ψｅは、実際には予測トルク、予測磁束である。
図５に示す例では、まずスイッチング状態Ｖ１が選択されている。スイッチング状態Ｖ１を続けると、磁束Ψｅが指令幅の上限（Ψｒｅｆ＋ΔΨｒｅｆ）を超えるタイミングｔ１がある。そして、第２スイッチングパターン生成部１６は、次に出力すべきスイッチング状態であるＶ２を生成して、タイミングｔ１で第２スイッチングパターン（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）としてＶ２を出力する。
【００２７】
次に出力すべきスイッチング状態（この場合Ｖ２）は、以下のように生成される。第２スイッチングパターン生成部１６は、Ｖ１以外の各スイッチング状態Ｖ０、Ｖ２〜Ｖ７を、タイミングｔ１で出力した場合におけるタイミングｔ１以降のトルクＴｅと磁束Ψｅとを、回転電機３の状態方程式を用いて算出することにより予測する。そして、予測されたトルクＴｅ、磁束Ψｅ、およびＶ１からのスイッチング状態の変化量に基づいて、次に出力すべきスイッチング状態を選択する。この場合、タイミングｔ１以降で磁束Ψｅが低減し、Ｖ１（１００）からのスイッチング状態の変化量が１であるＶ２（１１０）が選択されている。
このように、第２スイッチングパターン生成部１６は、モデル予測を用いてトルクＴｅと磁束Ψｅとを直接制御するもので、回転電機３と電力変換器１０との状態に応じてスイッチング状態を更新する周期が短くなり、より高い制御応答性が得られる。さらに、次のスイッチング周期の制御対象の推定値をモデル予測するため、スイッチング状態を選択する際の精度が向上する。
【００２８】
この動作を繰り返すことで、タイミングｔ２でトルクＴｅを低減させる第２スイッチング状態Ｖ７に切り換え、タイミングｔ３でトルクＴｅを増大させる第２スイッチング状態Ｖ２に切り換える。このように、トルクＴｅと磁束Ψｅとがそれぞれ指令幅内に収まるように第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２（Ｖｘ）が生成される。
なお、指令幅を生成するための各制限幅ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆは、電流高調波成分とスイッチング周波数の所望値とから設定され、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆに対する例えば５％等で設定される。あるいは、制御量指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）に依存せずにそれぞれ一定値としても良い。
【００２９】
また、現在の制御量（トルクＴｅ、磁束Ψｅ）もしくは制御量指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）が急変し、現在の制御量が指令幅から外れると、指令幅内に戻るように第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２（Ｖｘ）を生成する。
図６では、トルク指令Ｔｒｅｆが急変した場合を示す。図６に示すように、スイッチング状態Ｖ７が選択されている間のタイミングｔ３においてトルク指令Ｔｒｅｆが急変する。これによりトルクＴｅが指令幅から外れるため、指令幅内に戻すように第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２（Ｖ２）が生成されて出力される。
【００３０】
このように、回転速度Ｗｒｅおよび出力電流Ｉｕｖｗをフィードバックして第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が生成される。また、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を用いた制御では、スイッチング状態を切り換えて制御量（トルクＴｅ、磁束Ψｅ）を直接増減させる制御となるため、高い制御応答性が得られる。また現在の制御量（トルクＴｅ、磁束Ψｅ）もしくは制御量指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）が急変するような過渡状態においても高い制御応答性が得られる。
またこの場合、次に出力すべきスイッチング状態を生成して、トルクＴｅまたは磁束Ψｅが指令幅を超えるタイミングで、生成されたスイッチング状態（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）を出力して、トルクＴｅおよび磁束Ψｅを指令幅内に保つようにするため、高速高精度で信頼性の高い制御となる。
【００３１】
選択部１７は、速度指令Ｗｒｅｆと回転速度Ｗｒｅとに基づいて、第１スイッチングパターン生成部１４で生成した第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と、第２スイッチングパターン生成部１６で生成した第２スイッチングパターン（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）とから、１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択して出力する。このスイッチング状態Ｓｕｖｗは、電力変換器１０の各相の半導体スイッチング素子ＳＷへのスイッチング指令として出力される。
【００３２】
図７は、選択部１７の構成を示す図である。
図７に示すように、選択部１７は、減算器２１と、ａｂｓ部２２と、速度コンパレータ２３と、スイッチング状態選択部２４とを備える。
速度指令Ｗｒｅｆと回転速度Ｗｒｅとの速度誤差ΔＷｒｅが減算器２１にて演算され、ａｂｓ部２２に入力される。ａｂｓ部２２では、速度誤差ΔＷｒｅの絶対値｜ΔＷｒｅ｜が演算され、絶対値｜ΔＷｒｅ｜は速度コンパレータ２３に入力される。速度コンパレータ２３は、速度誤差の絶対値｜ΔＷｒｅ｜と、設定された基準（設定差分量）とに基づいて、０、１いずれかの出力Ｗを生成して、スイッチング状態選択部２４に出力する。｜ΔＷｒｅ｜が小さい領域ではＷ＝０が出力され、｜ΔＷｒｅ｜が大きくなるとＷ＝１が出力される。
スイッチング状態選択部２４には、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２と、速度コンパレータ２３の出力Ｗとが入力され、Ｗ＝０のときは第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を、Ｗ＝１のときは第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を選択し、スイッチング状態Ｓｕｖｗとして出力する。
【００３３】
これにより、回転速度Ｗｒｅが速度指令Ｗｒｅｆ付近である定常状態運転時には、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択され、即ち、電力変換器１０の出力電圧の高調波成分が小さく、電流高調波も小さい。これにより駆動騒音の小さい回転電機３の制御が可能となる。また、スイッチング回数が抑制されるため、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化も図れる。
そして、回転速度Ｗｒｅが速度指令Ｗｒｅｆから離れた過渡状態運転時には、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択され、即ち、回転速度Ｗｒｅが速度指令Ｗｒｅｆに追従するように高い制御応答性を有する回転電機３の制御が可能となる。
このように、定常状態運転時と過渡状態運転時のそれぞれに最適なスイッチング状態を用いることができ、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１では、第１スイッチングパターン生成部１４が、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンを生成し、第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を生成する。また第２スイッチングパターン生成部１６は、制御量（トルクＴｅ、磁束Ψｅ）が、速度指令Ｗｒｅｆに基づく制御量指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターン（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）を生成する。そして、選択部１７は、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２とから、１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択して半導体スイッチング素子ＳＷへのスイッチング指令として出力する。
【００３５】
第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を用いた制御では最適化パルスパターン制御が可能であり、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を用いた制御では過渡状態にも高い応答性が可能となる。そして、選択部１７は、第１、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２から１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択してスイッチング指令を生成する。
定常状態運転時において第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択されると、スイッチング回数を抑制でき、電流高調波成分も小さいものとなる。このため、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化、さらに低騒音化が図れる。そして、過渡状態運転時に第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択されると、高い制御応答性が得られる。このため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【００３６】
また、第１スイッチングパターン生成部１４は、予め設定された複数のスイッチングパターンを保持するテーブル１４Ｔを備え、この複数のスイッチングパターンは、電力変換器１０の出力電圧高調波を低減するためのスイッチング位相のパターンである。即ち、最適化パルスパターン制御を行うためのスイッチングパターンを予め設定しているため、上述した効果を確実に得ることができる。
【００３７】
また選択部１７は、速度指令Ｗｒｅｆと、対応する制御状態情報である回転速度Ｗｒｅとの差分情報である速度誤差ΔＷｒｅに基づいてスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する。このため、定常状態運転時と過渡状態運転時とでスイッチング状態Ｓｕｖｗの選択を確実に変更することができる。
また選択部１７は、速度誤差ΔＷｒｅの絶対値が設定差分量より大きいときに第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を選択するため、定常状態運転時において第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が、過渡状態運転時のみに第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が、それぞれ確実に選択され、損失低減および高調波成分の抑制、かつ安定して高い制御応答性を得ることの双方の効果が確実に得られる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１では、第２スイッチングパターン生成部１６は、出力電流Ｉｕｖｗと、スイッチング状態Ｓｕｖｗと、回転速度Ｗｒｅと、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆとが入力されて第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を生成するものとしたが、回転速度Ｗｒｅを用いず第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を生成しても良い。この場合、図８に示すように、第２スイッチングパターン生成部１６は、出力電流Ｉｕｖｗと、スイッチング状態Ｓｕｖｗとに基づいて、回転電機３のトルクＴｅと磁束Ψｅとを算出し、トルクＴｅおよび磁束Ψｅが、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆに基づく指令幅内に収まるように第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を生成して出力する。
この場合も、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆの生成のために回転速度Ｗｒｅがフィードバックされているため、回転速度Ｗｒｅおよび出力電流Ｉｕｖｗがフィードバックされて第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が生成され、上記実施の形態１と同様に、高い制御応答性が得られる。
【００３９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。
図９は、この発明の実施の形態２による電力変換装置１Ａの構成を示すブロック図である。
図９に示すように、電力変換装置１Ａは、主回路である電力変換器１０と、電力変換器１０を出力制御する制御装置１１Ａとを備える。制御装置１１Ａは、電流検出部１２と、電圧指令演算部１３ａと、電流指令演算部１８と、第１スイッチングパターン生成部１４と、制御量指令演算部１５と、第２スイッチングパターン生成部１６と、選択部１７ａとを備える。
【００４０】
上記実施の形態１では、電圧指令演算部１３が、入力された速度指令Ｗｒｅｆに基づいて電圧指令Ｖｒｅｆを演算するものを示したが、この実施の形態２では、電圧指令演算部１３ａは、前段に電流指令演算部１８を有し、電圧指令演算部１３ａおよび電流指令演算部１８を、電圧指令Ｖｒｅｆを演算する電圧指令演算部とする。また、スイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する選択部１７ａも上記実施の形態１と異なり、選択の基準に用いる差分情報として、速度誤差ΔＷｒｅに加えて電流誤差ΔＩを用いる。
その他の構成は、上記実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、第２スイッチングパターン生成部１６は、図８で説明したものを用いたが、図１で説明したものでも良い。
【００４１】
以下、実施の形態１との差異を中心に説明する。
電流指令演算部１８には、速度指令Ｗｒｅｆと速度検出部４で検出された回転速度Ｗｒｅとが入力される。そして、電流指令演算部１８は、回転速度Ｗｒｅが速度指令Ｗｒｅｆに追従するように電流指令Ｉｒｅｆを生成する。
電圧指令演算部１３ａは、電流指令演算部１８からの電流指令Ｉｒｅｆと、電流検出部１２で検出した出力電流Ｉｕｖｗとが入力され、出力電流Ｉｕｖｗが電流指令Ｉｒｅｆに追従するように電圧指令Ｖｒｅｆを生成する。
電圧指令Ｖｒｅｆは、電力変換器１０で出力したい交流電圧の振幅成分と周波数成分をもち、第１スイッチングパターン生成部１４に入力される。
【００４２】
第１スイッチングパターン生成部１４は、上記実施の形態１と同様に、電圧指令Ｖｒｅｆの振幅成分に対応して予め設定された複数のスイッチングパターンを格納したテーブル１４Ｔを有し、入力された電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて第１スイッチングパターンを生成する。
図１０は、この実施の形態による第１スイッチングパターンの生成を説明する図である。図１０は、電流指令Ｉｒｅｆ（Ｉｒｅｆ、Ｉｒｅｆ１）の更新を基本波周期Ｔで実施し、電圧指令Ｖｒｅｆ（Ｖｒｅｆａ、Ｖｒｅｆｂ、Ｖｒｅｆｃ、Ｖｒｅｆｄ、Ｖｒｅｆ１）の更新を１／４周期で実施する例を示している。
図１０に示すように、第１スイッチングパターン生成部１４は、各電圧指令Ｖｒｅｆ（Ｖｒｅｆａ、Ｖｒｅｆｂ、Ｖｒｅｆｃ、Ｖｒｅｆｄ）に応じて基本波周期Ｔの１／４周期のスイッチング位相（θ１ａ〜θ３ａ、θ１ｂ〜θ３ｂ、θ１ｃ〜θ３ｃ、θ１ｄ〜θ３ｄ）を決定して第１スイッチングパターンを生成する。このように、交流電圧の１周期２πに対して、例えばＵ相のスイッチングパルスのパターン１４ｕが生成される。そして、上記実施の形態１と同様に第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が生成される。
【００４３】
選択部１７ａは、速度指令Ｗｒｅｆと回転速度Ｗｒｅと、さらに電流指令Ｉｒｅｆと出力電流Ｉｕｖｗとが入力され、第１スイッチングパターン生成部１４で生成した第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と、第２スイッチングパターン生成部１６で生成した第２スイッチングパターン（第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２）とから、１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択して出力する。このスイッチング状態Ｓｕｖｗは、電力変換器１０の各相の半導体スイッチング素子ＳＷへのスイッチング指令として出力される。
【００４４】
図１１は、選択部１７ａの構成を示す図である。
図１１に示すように、選択部１７ａは、減算器３１、３１ａ、３１ｂと、座標変換を行うｕｖｗ/ｄｑ部３５ａ、３５ｂと、ａｂｓ部３２、３２ａ、３２ｂと、加算器３６と、乗算器３７と、評価値コンパレータ３３と、スイッチング状態選択部３４とを備える。
速度指令Ｗｒｅｆと回転速度Ｗｒｅとの速度誤差ΔＷｒｅが減算器３１にて演算され、ａｂｓ部３２に入力される。ａｂｓ部３２では、速度誤差ΔＷｒｅの絶対値｜ΔＷｒｅ｜が演算される。
【００４５】
また、電流指令Ｉｒｅｆおよび出力電流Ｉｕｖｗは、それぞれｕｖｗ/ｄｑ部３５ａ、３５ｂにおいて座標変換されてｄｑ軸成分が生成される。即ち、ｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ、ｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆ、およびｄ軸出力電流Ｉｄ、ｑ軸出力電流Ｉｑが生成される。ｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆとｄ軸出力電流Ｉｄとのｄ軸電流誤差ΔＩｄが減算器３１ａにて演算され、ａｂｓ部３２ａに入力される。ａｂｓ部３２ａでは、ｄ軸電流誤差ΔＩｄの絶対値｜ΔＩｄ｜が演算される。また、ｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆとｑ軸出力電流Ｉｑとのｑ軸電流誤差ΔＩｑが減算器３１ｂにて演算され、ａｂｓ部３２ｂに入力される。ａｂｓ部３２ｂでは、ｑ軸電流誤差ΔＩｑの絶対値｜ΔＩｑ｜が演算される。
そして、｜ΔＩｄ｜と｜ΔＩｑ｜との合計である電流誤差の絶対値｜ΔＩ｜が加算器３６にて算出され、乗算器３７にて、速度誤差絶対値｜ΔＷｒｅ｜と電流誤差絶対値｜ΔＩ｜が乗算された評価値Ｃが出力される。
【００４６】
評価値コンパレータ３３は、評価値Ｃと、設定された基準（設定差分量）とに基づいて、０、１いずれかの出力Ｃｃを生成して、スイッチング状態選択部３４に出力する。評価値Ｃが小さい領域ではＣｃ＝０が出力され、評価値Ｃが大きくなるとＣｃ＝１が出力される。
スイッチング状態選択部３４には、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２と、評価値コンパレータ３３の出力Ｃｃとが入力され、Ｃｃ＝０のときは第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を、Ｃｃ＝１のときは第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を選択し、スイッチング状態Ｓｕｖｗとして出力する。
【００４７】
これにより、回転速度Ｗｒｅが速度指令Ｗｒｅｆ付近で、かつ出力電流Ｉｕｖｗが電流指令Ｉｒｅｆ付近である定常状態運転時には、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択される。そして、回転速度Ｗｒｅ、出力電流Ｉｕｖｗが、それぞれの指令（速度指令Ｗｒｅｆ、電流指令Ｉｒｅｆ）から離れた過渡状態運転時には、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択される。
【００４８】
この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、定常状態運転時において第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択され、スイッチング回数を抑制でき、電流高調波成分も小さいものとなる。このため、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化、さらに低騒音化が図れる。そして、過渡状態運転時に第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択され、高い制御応答性が得られる。このため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【００４９】
また、第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を生成する際に、回転速度Ｗｒｅおよび出力電流Ｉｕｖｗをフィードバックして電圧指令Ｖｒｅｆを生成し、この電圧指令Ｖｒｅｆに基づいて第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が生成される。このため、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択される定常状態運転時にも、定常誤差および緩やかな変化への制御応答性の向上が図れる。
さらに、スイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する選択部１７ａは、選択の基準として、速度誤差ΔＷｒｅに加えて電流誤差ΔＩを用いるため、より正確に第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２との切換え判断を実施することができ、スイッチング状態Ｓｕｖｗの切換え精度が向上できる。これにより、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化、さらに低騒音化に優れる第１スイッチングパターンをより多くの状況で出力することが可能となる。
また、制御装置１１Ａが電流指令演算部１８を備えているため、選択部１７ａが用いる電流指令Ｉｒｅｆは容易に取得できる。
【００５０】
なお、選択部１７ａは、選択の基準として、速度誤差ΔＷｒｅに加えて、ｄ軸電流とｑ軸電流との双方の電流誤差ΔＩを用いたが、電流誤差としてｄ軸電流、ｑ軸電流のいずれか一方の誤差を用いても良い。また、選択部１７ａは、速度誤差ΔＷｒｅを必ず用いる必要は無く、電流誤差ΔＩのみを選択の基準としても良く、さらに、ｄ軸電流、ｑ軸電流のいずれか一方の誤差のみを選択の基準としても良い。いずれの場合も、差分情報が設定差分量より大きいとき、選択部１７ａは、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を選択する。
【００５１】
さらに、スイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する選択部は、速度誤差ΔＷｒｅ、電流誤差ΔＩに限らず、回転電機３の他の制御量（制御状態情報）、例えばトルクＴｅ、磁束Ψｅと指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）との差分情報を、選択の基準に用いる事もできる。これらの差分情報を単独で用いても、また２以上を組み合わせて用いても良い。
【００５２】
なお、図１１で示す選択部１７ａの構成、さらに上述した選択部の変形例は、上記実施の形態２に限らず、上記実施の形態１にも適用できる。
【００５３】
また、選択部は、２つのスイッチング状態（第１、第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２）の間の誤差と、速度誤差ΔＷｒｅとの双方からスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択しても良い。この場合、２つのスイッチング状態の間の誤差が、三相のスイッチング状態のうち一相のみであれば、速度誤差ΔＷｒｅが比較的小さくても、第２スイッチングパターンの第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を出力する。二相、三相とスイッチング状態の誤差が大きくなるにつれて、スイッチング状態選択の為に設定された基準（設定差分量）を大きくする。これにより大きなスイッチングの変化の発生頻度を抑制できる。
【００５４】
この場合、差分情報として速度誤差ΔＷｒｅを用いたが、回転電機３の他の制御量（制御状態情報）、例えば電流誤差ΔＩ、あるいはトルクＴｅ、磁束Ψｅと指令（トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆ）との差分情報と、２つのスイッチング状態Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２の間の誤差とを、選択の基準に用いる事もできる。また、これらの差分情報を単独で用いても、また２以上を、２つのスイッチング状態Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２の間の誤差と共に用いても良い。
【００５５】
さらに上記実施の形態１、２では、第２スイッチングパターン生成部１６は、制御量としてトルクＴｅおよび磁束Ψｅを用い、制御量指令演算部１５は、トルク指令Ｔｒｅｆおよび磁束指令Ψｒｅｆを制御量指令として演算したが、制御量として出力電流（ｄ軸出力電流Ｉｄ、ｑ軸出力電流Ｉｑ）を用い、制御量指令として、ｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ、ｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆを演算して用いても良い。
【００５６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置について説明する。
図１２は、この発明の実施の形態３による電力変換装置１Ｂの構成を示すブロック図である。
図１２に示すように、電力変換装置１Ｂは、主回路である電力変換器１０と、電力変換器１０を出力制御する制御装置１１Ｂとを備える。制御装置１１Ｂは、電流検出部１２と、電圧指令演算部１３と、第１スイッチングパターン生成部１４と、制御量指令演算部１５と、選択部１９とを備える。
【００５７】
上記実施の形態１では、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を生成する第１スイッチングパターン生成部１４と第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を生成する第２スイッチングパターン生成部１６とが独立して設けられたが、この実施の形態２では、選択部１９が、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１に基づいて第２スイッチング状態Ｓｕｖｗ２を生成する機能を有して、１つのスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する。即ち、選択部１９は、制御量が制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチング生成部の機能を併せ持つ構成となる。
その他の構成は、上記実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
【００５８】
以下、実施の形態１との差異を中心に説明する。
選択部１９には、第１スイッチングパターン生成部１４で生成した第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と、制御量指令演算部１５からのトルク指令Ｔｒｅｆおよび磁束指令Ψｒｅｆとが入力され、さらに、検出された出力電流Ｉｕｖｗと、選択部１９で選択された現在のスイッチング状態Ｓｕｖｗと、回転速度Ｗｒｅとが入力される。
選択部１９は、トルク指令Ｔｒｅｆ、磁束指令Ψｒｅｆに基づく指令幅内に、トルクＴｅと磁束Ψｅとが収まるようにスイッチング状態Ｓｕｖｗを選択する。この選択は、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を初めとして、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を基準にしたスイッチング状態を、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１との差分が小さいものから順次生成して、各スイッチング状態によるトルクＴｅおよび磁束Ψｅを予測して行う。
【００５９】
選択部１９の動作を、図１３に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
まず、選択部１９は、第１スイッチングパターン生成部１４で生成した第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を出力した場合のトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅを算出する。このように、選択部１９は、スイッチング状態を出力したと仮定してトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅを算出する際、選択部１９が、仮スイッチング状態を仮選択すると称す。このステップでは、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１との差分が０である仮スイッチング状態が仮選択される（ステップＳＴ１）。
次に、選択部１９は、算出されたトルク予測値Ｔｐｒｅとトルク指令Ｔｒｅｆとのトルク誤差ΔＴ、および、算出された磁束予測値Ψｐｒｅと磁束指令Ψｒｅｆとの磁束誤差ΔΨが、それぞれ設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まるか判定し（ステップＳＴ２）、設定値内に収まる場合は、仮選択された仮スイッチング状態である第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１をスイッチング状態Ｓｕｖｗとして選択される。
【００６０】
ステップＳＴ２において、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが、設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まらない場合、選択部１９は、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１のスイッチング状態を１相分のみ変更した仮スイッチング状態を生成して仮選択する。三相の電力変換器１０の場合、３つの仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２ａ、Ｓｕｖｗ２ｂ、Ｓｕｖｗ２ｃを生成し、それぞれトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅを算出する（ステップＳＴ３）。
次に、選択部１９は、３組のトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅについて、トルク予測値Ｔｐｒｅとトルク指令Ｔｒｅｆとのトルク誤差ΔＴ、および、磁束予測値Ψｐｒｅと磁束指令Ψｒｅｆとの磁束誤差ΔΨが、それぞれ設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まるか判定する（ステップＳＴ４）。
【００６１】
トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが設定値内に収まる組がある場合、選択部１９は、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが最小となる組に対応する仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２をスイッチング状態Ｓｕｖｗとして選択して出力する（ステップＳＴ５）。なお、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが設定値内に収まる組が１組のみである場合は、その組の仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択される。
【００６２】
ステップＳＴ４において、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが、設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まらない場合、選択部１９は、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１のスイッチング状態を２相分で変更した仮スイッチング状態を生成して仮選択する。この場合も、３つの仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２ｄ、Ｓｕｖｗ２ｅ、Ｓｕｖｗ２ｆを生成し、それぞれトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅを算出する（ステップＳＴ６）。
次に、選択部１９は、ステップＳＴ４と同様に、３組のトルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅについて、トルク予測値Ｔｐｒｅとトルク指令Ｔｒｅｆとのトルク誤差ΔＴ、および、磁束予測値Ψｐｒｅと磁束指令Ψｒｅｆとの磁束誤差ΔΨが、それぞれ設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まるか判定する（ステップＳＴ７）。
【００６３】
そして、ステップＳＴ５と同様に、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが設定値内に収まる組がある場合、選択部１９は、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが最小となる組に対応する仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２をスイッチング状態Ｓｕｖｗとして選択して出力する（ステップＳＴ８）。この場合も、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが設定値内に収まる組が１組のみである場合は、その組の仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２が選択される。
【００６４】
ステップＳＴ７において、トルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが、設定値（ΔＴｒｅｆ、ΔΨｒｅｆ）内に収まらない場合、選択部１９は、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１のスイッチング状態を３相分全て変更した仮スイッチング状態Ｓｕｖｗ２ｇを生成して仮選択し、トルク予測値Ｔｐｒｅ、磁束予測値Ψｐｒｅを算出する（ステップＳＴ９）。
次に、選択部１９は、トルク予測値Ｔｐｒｅとトルク指令Ｔｒｅｆとのトルク誤差ΔＴ、および、磁束予測値Ψｐｒｅと磁束指令Ψｒｅｆとの磁束誤差ΔΨを算出し、それまで仮選択された全ての仮スイッチング状態（Ｓｕｖｗ１、Ｓｕｖｗ２ａ〜Ｓｕｖｗ２ｇ）におけるトルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが最小となる仮スイッチング状態をスイッチング状態Ｓｕｖｗとして選択して出力する（ステップＳＴ１０）。
【００６５】
以上のように、この実施の形態では、選択部１９が、第１スイッチングパターンによる第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１を基準にして、できるだけスイッチング状態の差分が小さく、かつトルク誤差ΔＴ、磁束誤差ΔΨが設定値内に収まる、即ち、制御量が制御量指令を含む指令幅に入るようにスイッチング状態Ｓｕｖｗを生成して出力する。
【００６６】
このため、上記実施の形態１と同様に、定常状態運転時において第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１が選択され、スイッチング回数を抑制でき、電流高調波成分も小さいものとなる。このため、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化、さらに低騒音化が図れる。
そして、過渡状態運転時にスイッチング状態を切り換える際に、第１スイッチング状態Ｓｕｖｗ１と差分の小さいスイッチング状態を優先的に選択される。このため、高い制御応答性が得られるだけでなく、過渡状態運転時にもスイッチング回数を抑制できる。
【００６７】
このため、上記実施の形態１と同様に、定常状態運転時と過渡状態運転時のそれぞれに最適なスイッチング状態を用いる効果に加え、過渡状態運転時に切り換えたときにもスイッチング回数の抑制が可能になり、電力変換装置１の損失低減化、半導体スイッチング素子ＳＷの長寿命化が可能になる。
【００６８】
なおこの発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１，１Ａ，１Ｂ  電力変換装置、３  回転電機、４  速度検出部、１０  電力変換器、１１，１１Ａ，１１Ｂ  制御装置、１２  電流検出部、１３  電圧指令演算部、１３ａ  電圧指令演算部、１４  第１スイッチングパターン生成部、１４Ｔ  テーブル、１５  制御量指令演算部、１６  第２スイッチングパターン生成部、１７，１７ａ  選択部、１８  電流指令演算部、１９  選択部。
【図１】
2019155529.tif 000003
【図２】
2019155529.tif 000004
【図３】
2019155529.tif 000005
【図４】
2019155529.tif 000006
【図５】
2019155529.tif 000007
【図６】
2019155529.tif 000008
【図７】
2019155529.tif 000009
【図８】
2019155529.tif 000010
【図９】
2019155529.tif 000011
【図１０】
2019155529.tif 000012
【図１１】
2019155529.tif 000013
【図１２】
2019155529.tif 000014
【図１３】
2019155529.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月12日(2020.3.12)
【手続補正１】
【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】
複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える電力変換装置において、
上記制御装置は、
上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、
上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、
上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、
上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備え、
上記選択部は、上記速度指令および上記制御量指令演算部が演算する上記制御量指令を含む上記回転電機の制御状態の指令の内、少なくとも１つの指令と、該指令に対応する制御状態情報との差分情報に基づいて、上記１つのスイッチング状態を選択して上記スイッチング指令を生成する、
電力変換装置。
【請求項２】
上記選択部は、上記差分情報が設定差分量より大きいとき、上記第２スイッチングパターンによるスイッチング状態を選択して上記スイッチング指令を生成する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記選択部は、上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態と第２スイッチングパターンによるスイッチング状態との誤差に基づいて、上記設定差分量を変更する、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記複数のスイッチングパターンは、上記電力変換器の出力電圧歪みを低減するように設定されて、上記第１スイッチングパターン生成部が有するテーブルに保持される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記電圧指令演算部は、
上記速度指令に基づいて電流指令を算出し、上記電力変換器の出力電流を取得して該出力電流が上記電流指令に追従するように上記電圧指令を演算する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記制御量指令演算部は、上記回転電機の回転速度を取得して該回転速度が上記速度指令に追従するように上記制御量指令を演算し、
上記第２スイッチングパターン生成部は、現在のスイッチング指令と、上記制御量指令と、取得された上記制御量とに基づき、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記制御量は上記回転電機のトルクおよび磁束であり、上記制御量指令はトルク指令および磁束指令である、
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記制御量は上記電力変換器の出力電流であり、上記制御量指令は電流指令である、
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記選択部は、上記速度指令、トルク指令、磁束指令および電流指令の内、少なくとも１つを上記指令として用いる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える電力変換装置において、
上記制御装置は、
上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、
上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、
上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、
上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備え、
上記選択部は、上記第２スイッチングパターン生成部を含んで構成され、
上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態を上記１つのスイッチング状態として選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する、
電力変換装置。
【請求項１１】
複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える電力変換装置において、
上記制御装置は、
上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、
上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、
上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態である１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える、
電力変換装置。
【請求項１２】
上記選択部は、全ての仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、該推定制御量と上記制御量指令との差分が最小となる仮スイッチング状態を、上記１つのスイッチング状態として選択する、
請求項１１に記載の電力変換装置。
【手続補正２】
【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】
この発明に係る第１の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備え、上記選択部は、上記速度指令および上記制御量指令演算部が演算する上記制御量指令を含む上記回転電機の制御状態の指令の内、少なくとも１つの指令と、該指令に対応する制御状態情報との差分情報に基づいて、上記１つのスイッチング状態を選択して上記スイッチング指令を生成する。
また、この発明に係る第２の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、上記回転電機の制御状態を示す制御量を取得し、該制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入るように第２スイッチングパターンを生成する第２スイッチングパターン生成部と、上記第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備え、上記選択部は、上記第２スイッチングパターン生成部を含んで構成され、上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態を上記１つのスイッチング状態として選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
またこの発明に係る第３の電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有して回転電機に交流電力を供給する電力変換器と、上記複数のスイッチング素子をスイッチング制御して上記電力変換器を出力制御する制御装置とを備える。上記制御装置は、上記回転電機の速度指令に基づいて、上記電力変換器の電圧指令を演算する電圧指令演算部と、上記電圧指令に基づいて、予め設定された複数のスイッチングパターンから１つを抽出して第１スイッチングパターンとする第１スイッチングパターン生成部と、上記速度指令に基づいて、制御量指令を演算する制御量指令演算部と、上記第１スイッチングパターンによるスイッチング状態を基準として、スイッチング状態の差分が小さい順に仮スイッチング状態を生成して、該仮スイッチング状態による推定制御量を取得し、上記推定制御量が上記制御量指令を含む指令幅に入ると、当該仮スイッチング状態である１つのスイッチング状態を選択して、上記複数のスイッチング素子へのスイッチング指令を生成する選択部とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明による第１、第２の電力変換装置は、第１スイッチングパターンを用いた制御では最適化パルスパターン制御が可能であり、第２スイッチングパターンを用いた制御では過渡状態にも高い応答性が可能となる。そして、選択部は、第１、第２スイッチングパターンによる各スイッチング状態から１つのスイッチング状態を選択してスイッチング指令を生成するため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
またこの発明による第３の電力変換装置は、第１スイッチングパターンを用いた制御では最適化パルスパターン制御が可能であり、選択部は、第１スイッチングパターンを基準にしてスイッチング状態を選択し、過渡状態にも高い応答性が可能となる。このため、損失低減および高調波成分の抑制が可能で、かつ安定して高い制御応答性を得ることができる。
【国際調査報告】
2019155529.tif 000016
2019155529.tif 000017
2019155529.tif 000018
2019155529.tif 000019