(57)【要約】【課題】  ノイズ等の制御外乱に対し広い領域で有効となる変化率リミット値を備えた電力変換装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】  ベクトル制御で制御される電動機駆動用電力変換装置において、電動機の位相角度、電動機の速度信号、電動機のすべり及び２軸変換されたｄ／ｑ軸電流のすくなくとも１つの制御量の変化率を制限するリミット処理手段４を備え、前記リミット処理手段４は、制御量の変化率の現在値を基準に、第一の所定量を加算した上限リミット値と第２の所定量を減算した下限リミット値とを有するように構成する。【選択図】  図１
2006006072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流母線に接続された電動機駆動用の逆変換器と、
前記電動機の位相角度及び速度信号を直接または間接的に検出する速度検出手段と、
前記速度信号と速度基準からトルク基準を算出する速度制御手段と、
前記トルク基準と前記速度信号からｄ／ｑ軸電流基準およびすべりを算出するベクトル演算制御手段と、
前記電動機の入力電流を検出する電流検出手段と、
前記すべりと前記位相角度から磁束位置を演算する手段と、
この磁束位置と前記電流検出手段によって検出された電流からｄ／ｑ軸電流を算出する演算手段と、
前記ｄ／ｑ軸電流および前記ｄ／ｑ軸電流基準からｄ／ｑ軸電圧基準を算出する電流制御手段と、
このｄ／ｑ軸電圧基準と前記磁束位置から３相の電圧基準を算出する座標変換手段と、
この３相の電圧基準から前記逆変換器を制御するゲートパルスを出力するＰＷＭ変換手段と
前記位相角度、前記速度信号、前記すべり及び前記ｄ／ｑ軸電流のすくなくとも１つの制御量の変化率を制限するリミット処理手段と
を備え、  
前記リミット処理手段は、制御量の変化率の現在値を基準に、第１の所定量を加算した上限リミット値と第２の所定量を減算した下限リミット値とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
直流母線に接続された電動機駆動用の逆変換器と、
前記電動機の位相角度及び速度信号を直接または間接的に検出する速度検出手段と、
前記速度信号と速度基準からトルク基準を算出する速度制御手段と、
前記トルク基準と前記速度信号からｄ／ｑ軸電流基準およびすべりを算出するベクトル演算制御手段と、
前記電動機の入力電流を検出する電流検出手段と、
前記すべりと前記位相角度から磁束位置を演算する手段と、
この磁束位置と前記電流検出手段によって検出された電流からｄ／ｑ軸電流を算出する演算手段と、
前記ｄ／ｑ軸電流および前記ｄ／ｑ軸電流基準からｄ／ｑ軸電圧基準を算出する電流制御手段と、
このｄ／ｑ軸電圧基準と前記磁束位置から３相の電圧基準を算出する座標変換手段と、
この３相の電圧基準から前記逆変換器を制御するゲートパルスを出力するＰＷＭ変換手段と、
前記位相角度、前記速度信号、前記すべり及び前記ｄ／ｑ軸電流のすくなくとも１つの制御量の変化率を制限するリミット処理手段と
から構成される電力変換装置において、
前記リミット処理手段は、制御量の変化率の現在値を基準に、第１の所定量を加算した値を上限リミット値とし、第２の所定量を減算した値を下限リミット値としてリミット処理を行うことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項３】
前記第１の所定量及び、前記第２の所定量は各々一定値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または請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の所定量は、各々変化率の現在値の増加に応じて増加する量としたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置または請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の所定量は、各々変化率の現在値の増加に応じて増加する量とし、且つ各々所定の絶対リミット値以下としたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置または請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項６】
前記変化率の現在値は、
過去の少なくとも１つ変化率のサンプル値と現在の変化率の値を移動平均して求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置または請求項２に記載の電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に必要な電力を供給する電力変換装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置、特に電動機の速度あるいはトルクを精密に制御するためのインバータ装置においては、応答性や制御精度の改善のためトルク電流と励磁電流を分離して制御する所謂ベクトル制御方式が使用されている。また、速度センサを用いないセンサレスベクトル制御も使用されている。これらのインバータ装置にはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式が採用されるのが普通である。
【０００３】
このような電力変換装置の制御においては、対象となる一つの制御量が外乱により一時的に大幅に変化すると、結果として全体の制御が乱れることになり、この現象を抑制するために、変化率のリミット処理を実施することがある（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−３１２９７８号公報（第２−３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の変化率リミット処理は、対象となる制御量の想定される最大の変化率を基準として、一定のリミット値を選定していた。例えば、ベクトル制御における位相角度θrの変化率リミットを設定する場合、位相角度の変化率ｄθr／ｄｔの想定される最大値を基準としてある一定値を加算した値を変化率リミットとして設定していた。
【０００５】
すなわち、従来から使用している変化率リミット方式においては、対象となる制御量のリミット値がすべての領域において同じ値になるため、例えば、ピークカットを行って除去すべきノイズ成分が存在する場合、変化率が大きい領域ではこの除去が可能であるが、変化率の小さい領域においては、実際の変化率に対してリミット値が大きくなるためこの除去ができず、あまり効果がない結果となっていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、ノイズ等の制御外乱に対し広い領域で有効となる変化率リミット値を備えた電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置及びその制御方法は、直流母線に接続された電動機駆動用の逆変換器と、前記電動機の位相角度及び速度信号を直接または間接的に検出する速度検出手段と、前記速度信号と速度基準からトルク基準を算出する速度制御手段と、前記トルク基準と前記速度信号からｄ／ｑ軸電流基準およびすべりを算出するベクトル演算制御手段と、前記電動機の入力電流を検出する電流検出手段と、前記すべりと前記位相角度から磁束位置を演算する手段と、この磁束位置と前記電流検出手段によって検出された電流からｄ／ｑ軸電流を算出する演算手段と、前記ｄ／ｑ軸電流および前記ｄ／ｑ軸電流基準からｄ／ｑ軸電圧基準を算出する電流制御手段と、このｄ／ｑ軸電圧基準と前記磁束位置から３相の電圧基準を算出する座標変換手段と、この３相の電圧基準から前記逆変換器を制御するゲートパルスを出力するＰＷＭ変換手段と、前記位相角度、前記速度信号、前記すべり及び前記ｄ／ｑ軸電流のすくなくとも１つの制御量の変化率を制限するリミット処理手段とから構成される電力変換装置において、前記リミット処理手段は、制御量の変化率の現在値を基準に、第１の所定量を加算した値を上限リミット値とし、第２の所定量を減算した値を下限リミット値としてリミット処理を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノイズ等に対し広い領域で有効となる変化率リミット値を備えた電力変換装置及びその制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１０】
図1（ａ）は本発明に係る電力変換装置の回路構成図である。平滑用のコンデンサを有する直流母線に接続された逆変換器１は、負荷である電動機２を駆動する。直流母線には、通常商用交流を順変換器で直流に変換した直流電力が供給されるが、図示は省略している。電動機２に取り付けた速度センサ３により、電動機の位相角度θrが検出され、変化率リミット回路４、微分回路５を経由して速度信号ωrが得られる。速度信号ωrと速度基準ωr*の差分を増幅演算する速度制御回路６の出力としてトルク基準Ｔ*が得られ、ベクトル制御回路７ではトルク基準T*と速度信号ωrから２軸電流基準Ｉｑ*、Ｉｄ*及びすべりωｓが算出される。電流検出器８により検出される相電流Ｉｕ、Ｉｗと、すべりωｓと位相角度θrを加算回路９で加算して得られる磁束位置を示す位相θ０とから、座標変換回路１０によりフィードバック電流としてのｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄが算出される。ｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄと２軸電流基準Ｉｑ*及びＩｄ*の夫々の差分を演算増幅する電流制御回路１１の出力として電圧基準Ｖｑ*、Ｖｄ*が夫々算出され、この電圧基準Ｖｑ*、Ｖｄ*と位相θ０から座標変換回路１２により3相の電圧基準Ｖu*、Ｖv*及びＶw*が算出される。この電圧基準Ｖu*、Ｖv*及びＶw*をＰＷＭ変換回路１３に入力し、逆変換器1を制御するゲートパルスを最終的に得ている。
【００１１】
図１（ｂ）は実施例１における変化率リミット回路の内部構成図である。
【００１２】
入力信号Ｄａｔａ＿ｉｎから、減算器４１によって、逆Ｚ変換回路４２の出力である１サンプリング前のデータが減算され、その差分がリミット回路４３に与えられる。リミット回路４３の出力は加算器４４に与えられ、逆Ｚ変換回路４２の出力に加算されて出力信号Ｄａｔａ_ｏｕｔとなる。この出力信号Ｄａｔａ_ｏｕｔが上述の逆Ｚ変換回路４２の入力となるように構成されているため、逆Ｚ変換回路４２の出力は現在値より１サンプリング前の入力信号データとなる。
【００１３】
リミット回路４３の出力ＤＱＤＴは移動平均回路４５に与えられる。移動平均回路４５には過去のデータが蓄積されており、過去の一定時間毎にサプリングした少なくとも１つのデータに今回のリミット回路４３の出力信号ＤＱＤＴを加え、これらの平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴを演算しこれを出力する。この平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴに一定値αを加算器４６で加えた値をリミット回路４３の上限リミット値ＵＬとし、またこの平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴから一定値βを減算器４７で差し引いた値をリミット回路４３の下限リミット値ＬＬとする。
【００１４】
以下本発明の実施例１の作用効果について図２を参照して説明する。
【００１５】
図２は、図１（ｂ）に示した変化率リミット回路の動作説明図である。位相角度θｒの値が図２に示したように時間ごとに変化していく場合を考える。まず、ｄθｒ／ｄｔ＝ａの状態を考えると、入力信号Ｄａｔａ＿ｉｎは単位時間にａだけ増加していく信号となり、従って、変化率リミット回路４の出力信号Ｄａｔａ_ｏｕｔは、一定値ａとなる。このとき、移動平均回路４５の出力も一定値ａとなるため、上限リミット値ＵＬは図２に破線で示したように（ａ＋α）となる。同様にして、ｄθｒ／ｄｔ＝ｂに変化した状態では、上限リミット値ＵＬは（ｂ＋α）、またｄθｒ／ｄｔ＝ｃに変化した状態では、上限リミット値ＵＬは（ｃ＋α）となる。下限リミット値ＬＬについても同様の考え方で決定される。また、図示は省略しているが、移動平均回路４５の出力は過去のデータを含む移動平均値としているため、位相角度の変化率が急変したときには、上限リミット値ＵＬ及び下限リミット値ＬＬは滑らかに変化する。
【００１６】
以上のように、本実施例によれば、変化率の現在値に任意の値αを加算した値を上限リミット値、任意の値βを減算した値を下限リミット値とするので、変化率が小さい領域においてもノイズ等の影響を除去することが可能となる。
【００１７】
尚、実施例１の構成においては、速度センサ３を用いて速度検出を行っているが、電動機２の速度を間接的に検出する所謂センサレスベクトル制御方式であっても本発明は有効である。
【実施例２】
【００１８】
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置の変化率リミット回路の内部構成図である。この実施例２の各部について、図１（ｂ）の実施例１に係る電力変換装置の変化率リミット回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴと一定値αを乗算器４８で掛け合わせた値と平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴを加算器４６で加えた値をリミット回路４３の上限リミット値ＵＬとし、またこの平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴと一定値βを乗算器４８で掛け合わせた値を平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴから減算器４７で差し引いた値をリミット回路４３の下限リミット値ＬＬとするように構成した点である。
【００１９】
このように構成すると、上限リミット値ＵＬは（ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ（1＋α））となり、下限リミット値ＬＬは（ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ（1−β））となる。この回路を用いることにより、現在の変化量を基準に、変化率が大きくなれば大きなリミット値、小さくなれば小さなリミット値を自動設定することが可能となり、例えば、ノイズが変化率に比例して増加するような場合、ノイズの影響を除去することがより容易となる。
【実施例３】
【００２０】
図４は本発明の実施例３に係る電力変換装置の変化率リミット回路の内部構成図である。この実施例３の各部について、図３の実施例２に係る電力変換装置の変化率リミット回路の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、減算器４６及び４７に代え、加減算器５０及び５１を設け、加減算器５０に対し一定値ａを加算し、加減算器５１に対し一定値ｂを減算するようにした点、また、乗算器４８及び４９に代え、除算器５２及び５３を設け、除算器５２で任意の値αを一定時間ごとに移動平均回路４５により算出される変化量の平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴで除算した値を加減算器５０の減算入力とし、任意の値βを変化量の平均値ＡＶＥ＿ＤＱＤＴで除算した値を加減算器５１の加算入力とするようにした点である。
【００２１】
このように構成することにより、加減算回路５０で加減算した結果上限リミット値ＵＬは（ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ−α／ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ＋ａ）となり、また、加減算回路５１で加減算した結果下限リミット値ＬＬは（ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ＋β／ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ−ｂ）となる。この回路を用いて、ａ＞α／ＡＶＥ＿ＤＱＤＴ 、ｂ＞β／ＡＶＥ＿ＤＱＤＴとなるようなａ、α、ｂ及びβを選定することにより、リミット値の設定範囲をａとｂの中間の値で固定でき、且つ現在の変化量を基準に、変化率が大きくなれば大きなリミット値、小さくなれば小さなリミット値を自動設定することが可能となる。
【００２２】
尚上記の実施例３のリミット機能は、実施例２のリミット機能に上限及び下限の絶対リミット値ａ及びｂを追加するような構成としても同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００２３】
図５は本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例４の各部について、図１（ａ）の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、位相角θｒに対する変化率リミット回路４に代え、この位相角の微分値である速度信号ωｒに対し変化率リミット回路４Ａを設けた点である。
【００２４】
このように速度信号ωｒの変化率リミットを設けることも電力変換装置の設置状況によっては制御の安定性確保の上で有効な場合がある。また、図１（ａ）の位相角θｒに対する変化率リミット回路４とこの速度信号ωｒの変化率リミット回路４Ａを併用するようにしても良い。
【００２５】
更に、図示は省略するが、すべりωｓあるいはｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑなどの制御量に変化率リミット回路を付加することが制御の安定性確保の上で有効な場合もあるのでこれ等を付加する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。
【図２】変化率リミット回路の動作説明図。
【図３】本発明の実施例２に係る電力変換装置の変化率リミット回路の内部構成図。
【図４】本発明の実施例３に係る電力変換装置の変化率リミット回路の内部構成図。
【図５】本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１  逆変換器
２  電動機
３  速度センサ
４、４Ａ  変化率リミット回路
４１  減算器
４２  逆Ｚ変換回路
４３  リミット回路
４４  加算器
４５  移動平均回路
４６  加算器
４７  減算器
４８  、４９  乗算器
５０、５１  加減算回路
５２、５３  除算器
５  微分回路
６  速度制御回路
７  ベクトル制御回路
８  電流検出器
９  加算器
１０  座標変換回路
１１  電流制御回路
１２  座標変換回路
１３  ＰＷＭ制御回路
【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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