(57)【要約】【課題】負荷への影響を軽減でき、かつ、インバータの制御系の演算処理における負担を軽減できるパルス幅変調方式のインバータ制御装置を提供する。【解決手段】位相情報算出部（７）は、インバータ出力指令値が１／２周期毎に０になるタイミングから、ｎ（ｎは自然数）周期毎にインバータ出力指令値が０になるキャリア周波数変更タイミングを予測する。キャリア周波数選択部（８）は、ｎ周期毎に、予め定められた複数のキャリア周波数からランダムに１つを選択する。キャリア発生部（９）は、キャリア周波数変更タイミングにおいて、キャリア周波数をキャリア周波数選択部（７）により選択された１つに変更し、変更したキャリア周波数に応じたキャリア信号を発生する。インバータ制御装置（５）は、インバータ出力指令値とキャリア信号との大小比較に基づいて生成されるパルス幅変調信号によりインバータ主回路（２）を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な変化によりインバータが出力すべき目標電圧波形を表すインバータ出力指令値とキャリア信号との大小比較に基づいて生成されるパルス幅変調信号により、前記インバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記インバータ出力指令値が１／２周期毎に０になるタイミングから、ｎ（ｎは自然数）周期毎に前記インバータ出力指令値が０になるキャリア周波数変更タイミングを予測する位相情報算出部と、
前記ｎ周期毎に、予め定められた複数のキャリア周波数からランダムに１つを選択するキャリア周波数選択部と、
前記キャリア周波数変更タイミングにおいて、キャリア周波数を前記キャリア周波数選択部により選択された１つに変更し、変更したキャリア周波数に応じた前記キャリア信号を発生するキャリア発生部と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記キャリア周波数変更タイミングの前後において、キャリア波形は連続し、波形の傾きの正負は変化しないこと、
を特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータ制御装置に係り、特に、パルス幅変調（Ｐａｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）方式のインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−４７０２６号公報（特許文献１）に開示されるように、パルス幅変調方式のインバータ制御装置が知られている。特許文献１では、インバータ装置をパルス幅変調方式によって制御する時、キャリア周波数をインバータからの出力の１周期より短い時間間隔で、適宜切り換えるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４７０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、インバータの出力の１周期より短い時間間隔にてキャリア周波数を切り替えれば、１周期での出力波形の対称性を損ない、インバータの出力側に接続された負荷に影響を及ぼす可能性がある。また、高い出力周波数が設定された場合、出力波形の１周期より短い時間で頻繁にキャリア周波数の切り替えることになり制御系の演算処理に負担がかかる問題点がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、負荷への影響を軽減でき、かつ、インバータの制御系の演算処理における負担を軽減できるインバータ制御装置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】
【０００６】
上記目的の達成のため、本発明に係るインバータ制御装置は以下のように構成される。
【０００７】
本発明に係るインバータ制御装置は、インバータ出力指令値とキャリア信号との大小比較に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、これによりインバータを制御する。インバータは、ＰＷＭ信号に応じて直流を交流に変換する。インバータ出力指令値は、周期的な変化によりインバータが出力すべき目標電圧波形（正弦波）を表す。キャリア信号は、周期的な変化によりキャリア周波数に応じた三角波を表す。
【０００８】
インバータ制御装置は、位相情報算出部、キャリア周波数選択部、キャリア発生部を備える。
【０００９】
位相情報算出部は、インバータ出力指令値が１／２周期毎に０になるタイミングから、ｎ（ｎは自然数）周期毎にインバータ出力指令値が０になるキャリア周波数変更タイミングを予測する。
【００１０】
キャリア周波数選択部は、ｎ周期毎に、予め定められた複数のキャリア周波数からランダムに１つを選択する。
【００１１】
キャリア発生部は、キャリア周波数変更タイミングにおいて、キャリア周波数をキャリア周波数選択部により選択された１つに変更し、変更したキャリア周波数に応じたキャリア信号を発生する。好ましくは、キャリア周波数変更タイミングの前後において、キャリア波形は連続し、波形の傾きの正負は変化しないように切り替える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インバータの出力指令値の一定周期毎にキャリア周波数をランダムに切り替えることにより、出力波形の１周期の対称性が確保できるため、負荷への影響を軽減でき、かつ、インバータの制御系の演算処理における負担を軽減できる。加えて、ノイズ、機械的振動のピーク周波数帯が分散され、キャリア周波数に起因するノイズ、機械的振動が特定の周波数帯に集中しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】キャリア周波数変更タイミングを予測する一例を説明するための図である。
【図３】キャリア周波数変更タイミングの前後におけるキャリア波形の変化について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るインバータ制御装置が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】ノイズや機械的振動のピーク周波数帯の分散について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るインバータ制御装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
実施の形態１．
＜インバータシステム構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すインバータシステムは、直流電源１、インバータ主回路２、フィルタ３、負荷４、インバータ制御装置５を備えている。ここでは、インバータ主回路２は単相インバータとして説明する。
【００１６】
インバータ主回路２は、インバータ制御装置５から出力されるパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号に応じて、直流電源１から供給される直流を交流に変換してフィルタ３へ出力する。
【００１７】
インバータの出力制御手法としてパルス幅を可変するＰＷＭ制御がある。インバータはスイッチングにより動作するので、出力するパルス波形は振幅が一定であり、パルス幅を制御しなくてはならない。ＰＷＭ制御により、パルスのデューティを制御して出力電圧又は電流の大きさを制御できる。さらに、ＰＷＭ制御により出力波形を正弦波に近似できる。
【００１８】
ＰＷＭ制御として広く使われている三角波−正弦波方式は、高周波の三角波と正弦波の大きさを比較することにより、パルスを作り出している。三角波をキャリア、正弦波をインバータで出力すべき目標電圧波形として、両方の信号を比較してその大小に応じてパルスを出力する方式である。インバータで出力すべき目標電圧波形を正弦波ｅｓ＝Ｅｓｓｉｎωｓｔとする。このとき、ｅｓがインバータ出力指令値であり、インバータ出力指令値は、角周波数ωｓで振幅Ｅｓの正弦波電圧である。一方、三角波で表されるキャリアは、インバータで出力すべき目標電圧波形を表す正弦波よりも周波数が高い。
【００１９】
インバータ主回路２は、ＰＷＭ信号に応じてスイッチング回路を高速でＯＮ／ＯＦＦさせることで、直流電圧を目標電圧波形に近似した交流電圧に変換する。
【００２０】
＜インバータ制御装置＞
インバータ制御装置５は、インバータを駆動する制御装置であり、指令値発生部６、位相情報算出部７、キャリア周波数選択部８、キャリア発生部９、ＰＷＭ発生部１０を備える。
【００２１】
指令値発生部６は、インバータ制御装置５へ入力された電圧基準に応じて、インバータ主回路２で出力すべき目標電圧波形である正弦波を算出し、各時刻における目標電圧をインバータ出力指令値として位相情報算出部７およびＰＷＭ発生部１０へ出力する。上述したようにインバータ出力指令値は周期的に変化する。
【００２２】
位相情報算出部７は、インバータ出力指令値が１／２周期毎に０になるタイミングからｎ（ｎは自然数）周期毎にインバータ出力指令値が０になるキャリア周波数変更タイミングを予測する。キャリア周波数変更タイミングを示す位相情報（ゼロクロス点）は、キャリア周波数選択部８とキャリア発生部９へ出力される。
【００２３】
図２は、キャリア周波数変更タイミングを予測する一例を説明するため図である。図２には、インバータ出力指令値の１周期毎（ｎ＝１）にキャリア周波数を変更する一例が表されている。インバータ出力指令値は１／２周期毎に０になる。そのため、１／２周期時のゼロクロス点であるタイミングＡから、１周期後のゼロクロス点であるタイミングＢ（キャリア周波数変更タイミング）を予測できる。位相情報算出部７は、予測したタイミングＢを示す位相情報を、キャリア周波数選択部８およびキャリア発生部９へ出力する。
【００２４】
キャリア周波数選択部８は、位相情報を入力すると、ｎ周期毎に、予め定められた複数のキャリア周波数からランダムに１つを選択する。好ましくは、これらのキャリア周波数は、目標出力波形の周波数の整数倍に設定されている。
【００２５】
図２に示す例では、インバータ出力指令値の１周期毎に異なるキャリア周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３）が選択される。選択されたキャリア周波数は、キャリア発生部９へ出力される。
【００２６】
キャリア発生部９は、パルス幅変調に用いるキャリア信号を発生する。キャリア発生部９は、キャリア周波数変更タイミングにおいて、キャリア周波数をキャリア周波数選択部８により選択された１つに変更して、変更したキャリア周波数に応じたキャリア信号を発生する。
【００２７】
図２に示す例では、インバータ出力指令値の１周期毎にキャリア周波数はランダムに変更される。タイミングＢにおいてｆ１からｆ２に、タイミングＣにおいてｆ２からｆ３にキャリア周波数が変更される。
【００２８】
このとき、キャリア周波数変更タイミングの前後において、キャリア波形は連続し、波形の傾きの正負は変化しないように切り替わる。
【００２９】
図３は、キャリア周波数変更タイミングの前後におけるキャリア波形の変化について説明するための図である。図２と同様にタイミングＢ（インバータ出力制御値の１周期後のゼロクロス点）においてキャリア周波数がｆ１からｆ２に変更される。キャリア周波数を変更するタイミングＢの前後において、２つのキャリア波形は同一位相で連続し、波形の傾きの正負を変化させないでキャリア周波数が切り替えられる。
【００３０】
ＰＷＭ発生部１０は、周期的な変化によりインバータが出力すべき目標電圧波形を表すインバータ出力指令値と、キャリア発生部９から出力されたキャリア信号との大小比較に基づいてパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成する。ＰＷＭ信号は、インバータ主回路２へ出力される。
【００３１】
＜フローチャート＞
図４は、上述の動作を実現するために、インバータ制御装置５が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本制御ルーチンは、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００３２】
図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、インバータ制御装置５は電圧基準を受信する。
【００３３】
ステップＳ１１０において、指令値発生部６は、電圧基準からインバータ主回路２が出力すべき目標電圧波形である正弦波を算出し、各時刻における目標電圧をインバータ出力指令値として出力する。
【００３４】
ステップＳ１２０において、位相情報算出部７は、逐次入力されるインバータ出力指令値が０又は０近傍であるか否かを判定する。判定条件が成立する場合は、ステップＳ１３０の処理に進む。判定条件が成立しない場合は、ステップＳ１１０に戻り処理を継続する。
【００３５】
ステップＳ１３０において、位相情報算出部７は、インバータ出力指令値が１／２周期毎に０になるタイミングから、ｎ周期毎にインバータ出力指令値が０になるキャリア周波数変更タイミングを予測する。具体的には、逐次入力されるインバータ出力指令値が０又は０近傍である場合に、その時刻を１／２周期毎に０になるタイミングであると判断する。そのタイミングからｎ周期後のキャリア周波数変更タイミングを算出する。
【００３６】
ステップＳ１４０において、キャリア周波数選択部８は、予め定められた複数のキャリア周波数からランダムに１つを選択する。
【００３７】
ステップＳ１５０において、キャリア発生部９は、現時刻がＳ１３０で算出されたキャリア周波数変更タイミングであるか否かを判定する。判定条件が成立する場合は、ステップＳ１６０の処理に進む。判定条件が成立しない場合は、再度ステップＳ１５０の判定処理を実行する。
【００３８】
ステップＳ１６０において、キャリア発生部９は、キャリア周波数変更タイミングにおいて、キャリア周波数をステップＳ１４０で選択されたキャリア周波数に変更し、変更したキャリア周波数に応じたキャリア信号を発生する。
【００３９】
ステップＳ１７０において、ＰＷＭ発生部１０は、インバータ出力指令値と、設定されたキャリア信号との比較に基づいてパルス幅変調信号を生成する。発生したパルス幅変調信号は、インバータ主回路２へ出力される。
【００４０】
この一連の制御を繰り返し行うことにより、インバータ出力指令値の一定周期毎にキャリア周波数をランダムに変更させることが可能となる。なお、インバータ起動時の初期キャリア周波数については、別途設定を行う。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ制御装置によれば、インバータの出力指令値の一定周期毎にキャリア周波数をランダムに切り替えることにより、出力波形の１周期の対称性が確保できるため、負荷への影響を軽減でき、かつ、インバータの制御系の演算処理における負担を軽減できる。
【００４２】
加えて、図５に示すようにノイズ、機械的振動のピーク周波数帯が分散され、キャリア周波数に起因するノイズ、機械的振動が特定の周波数帯に集中しないようにすることができる。
【００４３】
＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、インバータ主回路２は、単相インバータとして説明しているが、三相インバータであってもよい。
【００４４】
＜ハードウェア構成例＞
図６は、インバータ制御装置５が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。インバータ制御装置５内の各部は機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ９１と少なくとも１つのメモリ９２とを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア９３を備える。
【００４５】
処理回路がプロセッサ９１とメモリ９２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、メモリ９２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。
【００４６】
処理回路が専用のハードウェア９３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、各機能は、まとめて処理回路で実現される。
【００４７】
また、各機能について、一部を専用のハードウェア９３で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。
【００４８】
このように、処理回路は、ハードウェア９３、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって各機能を実現する。
【符号の説明】
【００４９】
１  直流電源
２  インバータ主回路
３  フィルタ
４  負荷
５  インバータ制御装置
６  指令値発生部
７  位相情報算出部
８  キャリア周波数選択部
９  キャリア発生部
１０  ＰＷＭ発生部
９１  プロセッサ
９２  メモリ
９３  ハードウェア
Ａ、Ｂ、Ｃ  ゼロクロス点のタイミング
【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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