(57)【要約】【課題】回転電機（５）を駆動する電力変換装置（４）を制御する電力変換装置用制御装置（７Ａ）において、トルク脈動を抑制し応答性を高める。【解決手段】電力変換装置（４）によって駆動される回転電機（５）に印加する交流電圧の指令値である電圧指令値（ｖ*）を演算する電圧指令演算器（７１）と、搬送波（ｅｔ）を発生する搬送波発生器（７２Ａ）と、電圧指令値（ｖ*）と搬送波（ｅｔ）との比較結果に基づいて、電力変換装置（４）に供給するパルス信号（Ｐ）を生成する比較器（７３）と、所定のリセット信号（Ｓｒ）が入力されると、搬送波（ｅｔ）の値を所定値に変更するリセット信号受信部（７２１）と、を設けた。【選択図】図１
2018023178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置によって駆動される回転電機に印加する交流電圧の指令値である電圧指令値を演算する電圧指令演算器と、
搬送波を発生する搬送波発生器と、
前記電圧指令値と前記搬送波との比較結果に基づいて、前記電力変換装置に供給するパルス信号を生成する比較器と、
所定のリセット信号が入力されると、前記搬送波の値を所定値に変更するリセット信号受信部と、
を有することを特徴とする電力変換装置用制御装置。
【請求項２】
前記リセット信号は、前記電圧指令値の周期に同期して生成され、
前記搬送波の値は、前記電圧指令値の周期に同期して、前記所定値に変更される
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項３】
前記電力変換装置を制御するための制御指令を出力する制御指令発生器をさらに有し、
前記電圧指令演算器は、前記電力変換装置の出力電流に対応する電流信号と、前記回転電機の回転速度に対応する速度信号と、前記制御指令とに基づいて、前記電圧指令値を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項４】
前記交流電圧は３相交流電圧であり、
前記搬送波発生器は、前記電圧指令値の周期の１／３ずつ位相が異なる３相の前記リセット信号に基づいて、３相の前記搬送波をそれぞれ異なるタイミングで前記所定値に変更する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項５】
前記電圧指令値は３相の電圧指令値であり、
前記リセット信号受信部は、３相の前記電圧指令値を３相の前記リセット信号として受信し、３相の前記電圧指令値が増加方向または減少方向に変化して所定の値を通過するときに、対応する３相の前記搬送波を前記所定値に変更するものである
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項６】
前記電圧指令演算器は、前記回転電機の回転に同期して回転する回転座標系における直流電圧指令値を生成するものであり、
前記直流電圧指令値が入力されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力信号に基づいて３相の前記電圧指令値を出力する２相／３相変換器と、
をさらに有し、
前記リセット信号受信部は、３相の前記電圧指令値を前記リセット信号として、３相の前記搬送波の値をそれぞれ前記所定値に変更するものである
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項７】
前記電圧指令演算器は、前記回転電機の回転に同期して回転する回転座標系における直流電流指令値を生成するものであり、
前記直流電流指令値が入力されるローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号と前記直流電流指令値とに基づいて直流電圧指令値を出力する電流制御器とを有するローパスフィルタ付電流制御器と、
前記直流電圧指令値に基づいて３相の前記電圧指令値を出力する２相／３相変換器と、
をさらに有し、
前記リセット信号受信部は、３相の前記電圧指令値を前記リセット信号として、３相の前記搬送波の値をそれぞれ前記所定値に変更するものである
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項８】
前記電力変換装置は３レベルの電力変換装置であり、
前記搬送波発生器は、共通の搬送波周波数を有する第１および第２の搬送波を発生するものであり、
前記第１および第２の搬送波は、前記搬送波周波数の半周期の位相差を有し、
前記リセット信号受信部は、前記リセット信号が入力されると、前記第１の搬送波を第１の値に変更し、前記第２の搬送波を第２の値に変更するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置用制御装置。
【請求項９】
請求項４に記載の電力変換装置用制御装置と、
前記電力変換装置と、
前記回転電機によって駆動される圧縮機と、
を有することを特徴とする圧縮機駆動システム。
【請求項１０】
請求項４に記載の電力変換装置用制御装置と、
前記電力変換装置と、
前記回転電機によって駆動されるとともに、前記回転電機を介して電力を回生するフライホイールと、
を有することを特徴とするフライホイール発電システム。
【請求項１１】
電力変換装置によって駆動される回転電機に印加する交流電圧の指令値である電圧指令値を演算する過程と、
搬送波を発生する過程と、
前記電圧指令値と前記搬送波との比較結果に基づいて、前記電力変換装置に供給するパルス信号を生成する過程と、
所定のリセット信号が入力されると、前記搬送波の値を所定値に変更する過程と、
を有することを特徴とする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、電力変換装置用制御装置、圧縮機駆動システム、フライホイール発電システムおよび電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の駆動制御には、直流電力を任意の周波数および電圧の交流電力に変換できるインバータ等の電力変換装置が広く用いられている。インバータは、電圧指令値に基づいて半導体スイッチング素子をオン・オフさせて所望の周波数および電圧の電力を出力し、回転電機の回転速度および駆動電流を制御することができる。インバータのスイッチング素子の制御には、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号によって素子のスイッチングタイミングを決定するＰＷＭ制御が利用される場合が多い。
このＰＷＭ制御の手法の一つとして、単に電圧指令値の信号と搬送波の信号を比較することで、スイッチングのタイミングを決定し、ＰＷＭパルスを生成する非同期ＰＷＭ制御が知られている。この手法では、搬送波の周波数と位相を固定するため、一般的に、電圧指令値の周波数とは同期しない。
【０００３】
また、前述の基本的な非同期ＰＷＭ制御以外の技術として、下記特許文献１および特許文献２が知られている。
特許文献１には、「同期ＰＷＭ判定器４６は、同期ＰＷＭ制御における同期数を決定し、同期ＰＷＭ位相制御器４８は、同期数に応じて三角波キャリアの周波数を決定するとともに、同期数切り換えのタイミングを決定する。ＰＷＭ制御部４０は、電圧指令の位相に対し三角波キャリアの位相を同期させる同期ＰＷＭ制御を実施する。」と記載されている（要約書参照）。
また、特許文献２には、「インバータ制御回路は、位相判定部２８で正弦波基準信号の位相を判定し、変換した交流電流波形が正の期間のみフィードバック制御して目標電流を出力し、負の期間では直前の正の期間に出力した波形を記憶部２５に記憶して反転して出力し、正の期間と負の期間に出力する電流の大きさが等しくなるよう制御する。」と記載されている（要約書参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０ー５１１２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４０６７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、上述した基本的な非同期ＰＷＭ制御においては、インバータ出力電圧の周期毎の対称性が崩れ、トルク脈動が大きくなるという問題が生じる。
また、特許文献１に開示された同期ＰＷＭ制御では、搬送波周波数を調整する必要が生じるため、応答性が低くなるという問題がある。
また、特許文献２に開示されたＰＷＭ制御では、交流電流波形が正の期間のみフィードバック制御するため、負の期間は制御できず、電流制御系の応答性が低下するという問題がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、トルク脈動が小さく応答性の高い電力変換装置用制御装置、圧縮機駆動システム、フライホイール発電システムおよび電力変換装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の電力変換装置用制御装置は、電圧指令値と搬送波との比較結果に基づいて、電力変換装置に供給するパルス信号を生成する比較器と、所定のリセット信号が入力されると、搬送波の値を所定値に変更するリセット信号受信部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トルク脈動が小さく応答性の高い電力変換装置用制御装置、圧縮機駆動システム、フライホイール発電システムおよび電力変換装置の制御方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による回転電機駆動システムのブロック図である。
【図２】第１実施形態における電圧指令値および搬送波の波形図である。
【図３】第１実施形態におけるＰＷＭ信号の波形図である。
【図４】比較例における電圧指令値および搬送波の波形図である。
【図５】比較例におけるＰＷＭ信号の波形図である。
【図６】回転電機の回転軸に生じる軸ねじりトルクの例を示す波形図である。
【図７】第２実施形態に適用される制御装置のブロック図である。
【図８】第３実施形態に適用される制御装置のブロック図である。
【図９】第４実施形態に適用される制御装置のブロック図である。
【図１０】第５実施形態に適用される制御装置のブロック図である。
【図１１】第６実施形態による回転電機駆動システムのブロック図である。
【図１２】第６実施形態における電圧指令値および搬送波の波形図である。
【図１３】第７実施形態による回転電機駆動システムのブロック図である。
【図１４】第８実施形態によるフライホイール発電システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施形態］
＜第１実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態による回転電機駆動システムＳ１のブロック図である。
回転電機駆動システムＳ１は、交流電源１と、順変換器２と、平滑コンデンサ３と、逆変換器４（電力変換装置）と、回転電機５と、回転軸６と、制御装置７Ａ（電力変換装置用制御装置）と、電流検出センサ１０と、回転速度検出センサ１１と、負荷１００と、を備えている。
【００１０】
交流電源１は、例えば商用電源であり、順変換器２は、交流電源１が出力する交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ３は、該直流電力を充電および放電する。逆変換器４は、直流電力を任意の周波数を有する３相交流電力に変換する。回転電機５は、例えば交流電動機であり、逆変換器４から供給された交流電圧（電力）によって、回転軸６を介して、負荷１００を回転駆動する。
【００１１】
また、回転電機５は発電機としても機能し、回生された電力を交流電源１に供給することもできる。すなわち、回転電機５において回生された交流電力は、逆変換器４によって整流され、平滑コンデンサ３を充電する。そして、平滑コンデンサ３に充電された直流電力は、順変換器２を介して交流電力に変換され、該交流電力が交流電源１に供給される。
【００１２】
電流検出センサ１０は、逆変換器４と回転電機５との間を流れる３相交流電流を検出し、その検出結果を電流信号ｉacとして出力する。回転速度検出センサ１１は、回転電機５の回転速度を検出し、検出結果を速度信号ωとして出力する。制御装置７Ａは、電流信号ｉacおよび速度信号ωを受信し、順変換器２および逆変換器４等を制御する。
【００１３】
制御装置７Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、ＤＳＰによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。図１において、制御装置７Ａの内部は、制御プログラムおよびマイクロプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。なお、後述する他の実施形態に適用される制御装置７Ｂ〜７Ｆのハードウエア構成も、制御装置７Ａのものと同様である。
【００１４】
図１において、制御装置７Ａは、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、搬送波発生器７２Ａと、比較器７３とを有している。
制御指令発生器７０は、逆変換器４が直流電圧（電力）を３相交流電圧に変換する基となる制御指令Ｃｒｅｆを発生し出力する。制御指令Ｃｒｅｆは、例えば、速度指令またはトルク指令である。電圧指令演算器７１は、電流センサ１０から供給された電流信号ｉacと、回転速度検出センサ１１から供給された速度信号ωと、制御指令Ｃｒｅｆとに基づいて、電圧指令値ｖ*を出力する。ここで、電圧指令値ｖ*とは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*（図示せず）を総称したものである。
【００１５】
搬送波発生器７２Ａは、搬送波ｅｔを出力する。ここで、搬送波ｅｔは、例えば図２に示すような三角波である。但し、搬送波ｅｔの波形は、電圧指令値ｖ*と比較できる形状であれば必ずしも三角波でなくてもよく、鋸歯状波等、他の波形を有するものであってもよい。搬送波発生器７２Ａは、リセット信号受信部７２１を有している。リセット信号受信部７２１は、所定のリセット信号情報Ｓｒ（リセット信号）を受信すると、搬送波ｅｔの値を所定値に変更（リセット）し、位相を所定位相に変更（リセット）する。
比較器７３は、電圧指令値ｖ*（より詳細には、各電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*）と、搬送波ｅｔとを比較し、その大小関係に基づいてＰＷＭ信号Ｐ（パルス信号）を出力する。ＰＷＭ信号Ｐとは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭ信号Ｐu，Ｐv，Ｐw（図示せず）を総称したものである。
【００１６】
＜第１実施形態の動作＞
次に、本実施形態の動作を説明する。
図２は、本実施形態における電圧指令値ｖ*および搬送波ｅｔの波形図の例である。また、図３は、電圧指令値ｖ*および搬送波ｅｔの大小関係に基づいて出力されたＰＷＭ信号Ｐの波形図である。但し、図２における電圧指令値ｖ*は、実際にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*のうち何れか一つであり、図３におけるＰＷＭ信号Ｐも、実際にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相のＰＷＭ信号Ｐu，Ｐv，Ｐwのうち何れか一つである。
【００１７】
図２に示す電圧指令値ｖ*は、２周期（０〜４π）の期間における正弦波の波形であり、搬送波ｅｔは三角波である。電圧指令値ｖ*の周波数をｆ1とし、搬送波ｅｔの周波数をｆcとし、両者の比率（ｆc／ｆ1）をｎ1とする。図２の例においては、比率ｎ1は整数ではなく、比率ｎ1が比較的小さな値（約９．５）である。また、比較器７３（図１参照）は、「ｖ*＞ｅｔ」であるときに正値になり、「ｖ*≦ｅｔ」であるときに負値になる、ＰＷＭ信号Ｐを出力する。従って、ＰＷＭ信号Ｐの波形は、図３に示すようになる。
【００１８】
上述したように、搬送波ｅｔの値は、搬送波発生器７２Ａがリセット信号情報Ｓｒを受信すると所定値に変更される。図２の例では、電圧指令値ｖ*が零を上回るタイミング毎、すなわち、電圧指令値ｖ*の周波数ｆ１に応じたタイミング毎に、搬送波ｅｔの値が負の最小値に変更されている。これにより、搬送波ｅｔが電圧指令値ｖ*と同じ位相関係になるため、図３に示す出力パルスＰは、０〜２πの（１周期目の）期間３０１と、次の２π〜４πの（２周期目の）期間３０２との対称性が高くなる。そのため、比率ｎ1が整数でない場合であっても、下式（１）で示される周波数ｆbで発生する側帯波が回転電機トルクに発生することを抑制できる。
ｆb＝ｍ・ｆc±ｎ・ｆ1    …式（１）
但し、ｍおよびｎは整数である。
【００１９】
式（１）から明らかなように、側帯波には、電圧指令値ｖ*の周波数ｆ1よりも低い低周波成分が含まれる。主としてこの低周波成分が、駆動系（回転電機５、回転軸６および負荷１００）において共振を引き起こす原因になる。
なお、前述したように、図２、図３に示した各波形は、実際にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相のうち何れかの波形である。これらの波形がＵ相の波形であるとき、図示していないＶ相、Ｗ相の電圧指令値と搬送波ｅｔと出力パルスＰとは、Ｕ相に対して、それぞれ２π／３、４π／３の位相差の波形となる。Ｖ相、Ｗ相の各波形は、Ｕ相に対して、それぞれ２π／３、４π／３の位相差を有する以外は同様であるので、図示を省略する。
【００２０】
ところで、一般に、非同期ＰＷＭ制御は、閉ループ制御系の一部に組み込むことが容易であり、高応答のシステムが実現できる。そして、非同期ＰＷＭ制御において、トルク脈動を抑制しつつ高応答な速度制御や出力制御を行う場合、前述の比率ｎ1（＝ｆc／ｆ1）は、１４〜１５程度以上が望ましいと考えられている。上述のように、図２、図３においては、比率ｎ1が約９．５である例を挙げたが、その理由を説明しておく。
【００２１】
まず、小、中容量のシステムを想定すると、電力変換装置のスイッチング素子による熱損失が小さいため、搬送波周波数ｆcを容易に高く設定でき、前述の比率ｎ1を充分大きくできる。しかし、圧延機ドライブ、鉄道車両、無効電力補償装置等、大容量の電力変換装置を必要とする装置において、高速なスイッチングを行うこと、すなわち搬送波周波数ｆcを高く設定することは、熱損失の観点から不利に働く。より具体的には、搬送波周波数ｆcを高くするためには、スイッチング素子の冷却装置の高性能化や電力変換装置自体の大型化を伴いやすい。また、搬送波周波数ｆcの増加に伴ってスイッチング損失が増加するため、変換効率が低下するという問題も生じる。そこで、図２、図３においては、大容量の電力変換装置において、実用上妥当な例として、比率ｎ1が約９．５である例を採用している。
【００２２】
＜比較例＞
次に、本実施形態の効果を明らかにするため、比較例の構成および動作を説明する。
本比較例の構成は、リセット信号受信部７２１を備えていない点を除いて、本実施形態の構成（図１）と同様である。
図４は比較例における電圧指令値ｖ*および搬送波ｅｔの波形図であり、図５は比較例におけるＰＷＭ信号Ｐの波形図である。図４、図５において、比率ｎ1（＝ｆc／ｆ1）は、図２、図３と同様に、約９．５である。
【００２３】
図４に示す電圧指令値ｖ*の波形は、図２のものと同様である。但し、搬送波ｅｔの波形は、図２のものとは異なり、リセットが生じていない。換言すれば、搬送波ｅｔは、電圧指令値ｖ*の２周期（０〜４π）に渡って、同一形状の三角波波形を繰り返した形状になる。これにより、ＰＷＭ信号Ｐの波形は図５に示すようになる。図５に示すように、比率ｎ1が３の整数倍ではない場合、電圧指令値ｖ*と搬送波ｅｔが周波数ｆ1の周期毎に同じ位相関係にならない。このため、図５に示すＰＷＭ信号Ｐの、０〜２πの（１周期目の）期間５０１と、次の２π〜４πの（２周期目の）期間５０２とを比較すると、パルスの幅と位置、数が異なっていることが解る。
【００２４】
従って、図３に示した本実施形態の場合と比較して、比較例におけるＰＷＭ信号Ｐは、周期毎の波形の対称性が低い。そのため、上述の式（１）に基づいて周波数ｆbで発生する側帯波が無視できない程度になり、この側帯波に起因する出力電流の脈動が増加することにより、回転電機５（図１参照）のトルク脈動が大きくなる。
【００２５】
図６は、回転電機５の回転軸６（図１参照）に生じる軸ねじりトルクＴshaft（ｔ）の例を示す波形図である。破線６０２は比較例の特性であり、実線６０１は本実施形態の特性である。上述したように、回転電機５には、周波数ｆbの側帯波によるトルク脈動が発生する。また、回転電機５、回転軸６および負荷１００を有する駆動系には、固有振動数が存在する。図６において、時刻ｔ１０以前には、側帯波の周波数ｆbと駆動系の固有振動数との間には共振が生じておらず、時刻ｔ１０以降は両者に共振が生じていることとする。
【００２６】
比較例によれば、共振が発生すると、軸ねじりトルクＴshaft（ｔ）の変動振幅が大きくなることが解る。一方、本実施形態によれば、側帯波の発生を抑制しているため、共振時においても、軸ねじりトルクＴshaft（ｔ）の変動振幅を小さく抑えることができ、そのため、軸ねじりトルクによって発生する軸ねじり振動を抑制できる。
【００２７】
＜第１実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態によれば、リセット信号情報Ｓｒは電圧指令値ｖ*の周期に同期して生成され、搬送波ｅｔの値は、電圧指令値ｖ*の周期に同期して、所定値に変更される。これにより、制御系の応答性を低下させることなく側帯波を抑制し、トルク脈動も抑制することができる。さらに、側帯波の周波数ｆbと駆動系の固有振動数との間に共振が生じた場合においても、軸ねじり振動を抑制することができる。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態による回転電機駆動システムについて説明する。
本実施形態の回転電機駆動システムの構成は、第１実施形態のもの（図１参照）と同様であるが、制御装置７Ａに代えて、図７に示す制御装置７Ｂ（電力変換装置用制御装置）が適用される点で異なる。
図７は、本実施形態に適用される制御装置７Ｂのブロック図である。制御装置７Ｂは、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、比較器７３とを有する点で第１実施形態の制御装置７Ａと共通しているが、第１実施形態の搬送波発生器７２Ａに代えて、搬送波発生器７２Ｂが設けられている。
【００２９】
搬送波発生器７２Ｂは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ対応する３系統の搬送波ｅｔｕ，ｅｔｖ，ｅｔｗを出力する。さらに、これら搬送波にそれぞれ対応する３系統のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒw（リセット信号）を受信し、対応する搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwをリセットする。比較器７３は、電圧指令値ｖ*すなわち電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*と、対応する搬送波ｅｔｕ，ｅｔｖ，ｅｔｗとをそれぞれ比較し、比較結果に基づいたＰＷＭ信号ＰすなわちＰu，Ｐv，Ｐwを出力する。
【００３０】
以上のように、本実施形態における搬送波発生器７２Ｂは、電圧指令値ｖ*の周期の１／３ずつ位相が異なる３相のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwに基づいて、３相の搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwの値をそれぞれ異なるタイミングで所定値に変更する。これにより、第１実施形態のものよりも、ＰＷＭ信号Ｐu，Ｐv，Ｐwの相互間の対称性を一層高めることができ、側帯波を一層低減できるという効果を奏する。なお、搬送波発生器７２Ｂは、３系統のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwを受信したが、これに代えて、リセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwのうち１系統のみを受信し、その位相を２π／３ずつシフトすることによって他の２系統のリセット信号情報を生成してもよい。
【００３１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態による回転電機駆動システムについて説明する。
本実施形態の回転電機駆動システムの構成は、第１実施形態のもの（図１参照）と同様であるが、制御装置７Ａに代えて、図８に示す制御装置７Ｃ（電力変換装置用制御装置）が適用される点で異なる。
図８は、本実施形態に適用される制御装置７Ｃのブロック図である。制御装置７Ｃは、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、比較器７３と、搬送波発生器７２Ｂとを有する点で第２実施形態の制御装置７Ｂと共通している。但し、本実施形態の制御装置７Ｃにおいては、リセット信号受信部７２１に対して、電圧指令演算器７１が出力する電圧指令値ｖ*（すなわちｖu*，ｖv*，ｖw*）が供給される点で異なる。
【００３２】
本実施形態のリセット信号受信部７２１は、何れかの電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*が増加方向または減少方向に変化して所定の値（例えば、零）を通過するタイミングで、対応する搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwを所定値に変更（リセット）する。このリセット動作で、１周期毎に電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*の正弦波と、搬送波発生器７２Ｂの出力する搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwとの間で、毎周期毎に同期をとることが可能となる。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、リセット信号受信部７２１は、３相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*を３相のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwとして受信し、３相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*の値が増加方向または減少方向に変化して所定の値を通過するときに、対応する３相の搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwの値を所定値に変更する。これにより、本実施形態によれば、リセット信号情報の作成に演算器を追加する必要がなく、その分、制御装置７Ｃの構成を簡略化できる。
【００３４】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態による回転電機駆動システムについて説明する。
本実施形態の回転電機駆動システムの構成は、第１実施形態のもの（図１参照）と同様であるが、制御装置７Ａに代えて、図９に示す制御装置７Ｄ（電力変換装置用制御装置）が適用される点で異なる。
図９は、本実施形態に適用される制御装置７Ｄのブロック図である。制御装置７Ｄは、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、比較器７３と、搬送波発生器７２Ｂとを有する点で第２実施形態の制御装置７Ｂと共通している。但し、本実施形態の制御装置７Ｄにおいては、さらにＬＰＦ（ローパスフィルタ）７２２と、２相／３相変換器７２３とを有している。
【００３５】
回転電機５の極対数をＱとしたとき、機械角のＱ倍の速度で回転する回転座標系を想定する。この回転座標系において、回転電機５の主磁束方向の軸をｄ軸と呼び、ｄ軸に直交する軸をｑ軸と呼ぶ。電圧指令演算器７１は、ｄ軸，ｑ軸の電圧指令値ｖｄ*，ｖｑ*を出力する。なお、電圧指令値ｖｄ*，ｖｑ*の両者を総称して電圧指令値ｖｄｑ*（直流電圧指令値）と呼ぶ。また、電圧指令演算器７１は、回転電機５の速度を指令する速度指令値ω1も出力する。
【００３６】
ＬＰＦ７２２は、電圧指令値ｖｄｑ*の変動成分を抑制し、その結果を電圧指令値ｖｄｑ**として出力する。２相／３相変換器７２３は、速度指令値ω1を積分して角度指令値θ1（図示せず）を出力する。そして、２相／３相変換器７２３は、電圧指令値ｖｄｑ**と、角度指令値θ1とに基づいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の電圧指令値を生成し、これらを３相のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwとして出力する。
【００３７】
リセット信号受信部７２１は、該３相の電圧指令値のうち何れかが増加方向または減少方向に変化して所定値（例えば、零）を通過するタイミングで、対応する搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwを所定値に変更（リセット）する。なお、図示の例では、２相／３相変換器７２３が速度指令値ω1に基づいて角度指令値θ1を生成したが、電圧指令演算器７１が２相／３相変換器７２３に対して角度指令値θ1を供給するように構成してもよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、電圧指令演算器７１は、回転電機５の回転に同期して回転する回転座標系における電圧指令値ｖｄｑ*を生成し、２相／３相変換器７２３は、電圧指令値ｖｄｑ*が入力されるＬＰＦ７２２の出力信号に基づいて３相の電圧指令値を出力する。そして、リセット信号受信部７２１は、３相の電圧指令値を３相のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwとして、３相の搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwの値をそれぞれ所定値に変更する。
これにより、本実施形態によれば、電圧指令値ｖｄｑ*に重畳する信号ノイズ成分や変動成分を抑制し、リセット信号受信部７２１が搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwを所定値にリセットするタイミングの誤差を低減することができる。
【００３９】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態による回転電機駆動システムについて説明する。
本実施形態の回転電機駆動システムの構成は、第１実施形態のもの（図１参照）と同様であるが、制御装置７Ａに代えて、図１０に示す制御装置７Ｅ（電力変換装置用制御装置）が適用される点で異なる。
図１０は、本実施形態に適用される制御装置７Ｅのブロック図である。制御装置７Ｅは、第４実施形態の制御装置７Ｄ（図９参照）と同様に、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、比較器７３と、搬送波発生器７２Ｂと、２相／３相変換器７２３とを有する。
【００４０】
但し、制御装置７ＤにおけるＬＰＦ７２２に代えて、本実施形態の制御装置７Ｅは、ＬＰＦＡＣＲ７２４（ローパスフィルタ付電流制御器）を有している。電圧指令演算器７１は、ｄ軸，ｑ軸の電流指令値ｉｄ*，ｉｑ*を出力する。なお、電流指令値ｉｄ*，ｉｑ*の両者を総称して電流指令値ｉｄｑ*（直流電流指令値）と呼ぶ。また、電圧指令演算器７１は、回転電機５の速度を指令する速度指令値ω1も出力する。
【００４１】
図示を省略するが、ＬＰＦＡＣＲ７２４は、ＡＣＲ（電流制御器）と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）とを有している。ここで、ＬＰＦには、電流指令値ｉｄｑ*が供給される。ＬＰＦは、電流制御系の時定数（電圧指令演算器７１が電流指令値ｉｄｑ*を出力した後、回転電機５に流れる電流に反映されるまでの時定数）に等しい時定数を有している。
【００４２】
また、ＡＣＲは、ＬＰＦの出力信号と電流指令値ｉｄｑ*との差分を演算し、該差分に対して比例演算と積分演算とを施すことにより、電圧指令値ｖｄｑ***を求める。これにより、ＬＰＦＡＣＲ７２４は、直流２相の電圧指令値ｖｄｑ***を生成する。そして、２相／３相変換器７２３は、電圧指令値ｖｄｑ***と、速度指令値ω1とに基づいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の電圧指令値を生成し、これらを３相のリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwとして出力する。リセット信号受信部７２１は、該３相の電圧指令値のうち何れかが増加方向または減少方向に変化して所定値（例えば、零）を通過するタイミングで、対応する搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwを所定値に変更（リセット）する。
【００４３】
以上のように、本実施形態における電圧指令演算器７１は、回転電機５の回転に同期して回転する回転座標系における電流指令値ｉｄｑ*を生成し、ＬＰＦＡＣＲ７２４は、その内部に含まれるＬＰＦの出力信号と、電流指令値ｉｄｑ*とに基づいて電圧指令値ｖｄｑ***を出力し、２相／３相変換器７２３は電圧指令値ｖｄｑ***に基づいて３相の電圧指令値を出力する。リセット信号受信部７２１は、該３相の電圧指令値をリセット信号情報Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒwとして、３相の搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwの値をそれぞれ所定値に変更する。これにより、本実施形態によれば、実測された電流信号ｉac等に含まれる信号ノイズ成分や変動成分による影響を抑制することができる。これにより、リセット信号受信部７２１が搬送波ｅｔu，ｅｔv，ｅｔwをリセットするタイミングの誤差を低減することができる。
【００４４】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態による回転電機駆動システムＳ６について説明する。
図１１は、第６実施形態による回転電機駆動システムＳ６のブロック図である。
回転電機駆動システムＳ６は、第１実施形態の回転電機駆動システムＳ１（図１参照）と同様に、交流電源１と、順変換器２と、平滑コンデンサ３と、回転電機５と、回転軸６と、電流検出センサ１０と、回転速度検出センサ１１と、負荷１００と、を有している。
【００４５】
また、回転電機駆動システムＳ６は、第１実施形態の回転電機駆動システムＳ１の逆変換器４および制御装置７Ａに代えて、電力変換装置４Ｆおよび制御装置７Ｆ（電力変換装置用制御装置）を有している。この電力変換装置４Ｆは、３レベルの電圧を出力する３レベル電力変換装置である。また、制御装置７Ｆは、第１実施形態の制御装置７Ａと同様に、制御指令発生器７０と、電圧指令演算器７１と、比較器７３とを有している。但し、制御装置７Ａにおける搬送波発生器７２Ａに代えて、制御装置７Ｆは、搬送波発生器７２Ｆを有している。
【００４６】
搬送波発生器７２Ｆは、２系統の搬送波ｅｔ１（第１の搬送波），ｅｔ２（第２の搬送波）を生成し、比較器７３に供給する。比較器７３は、電圧指令値ｖ*と搬送波ｅｔ１，ｅｔ２との大小関係に基づいてＰＷＭ信号Ｐ１，Ｐ２（パルス信号）を出力する。すなわち、ＰＷＭ信号Ｐ１は、「ｖ*＞ｅｔ１」であるときに正値になり、「ｖ*≦ｅｔ１」であるときに負値になる。また、ＰＷＭ信号Ｐ２は、「ｖ*＜ｅｔ２」であるときに正値になり、「ｖ*≧ｅｔ２」であるときに負値になる。
【００４７】
図１２は、電圧指令値ｖ*と、搬送波ｅｔ１，ｅｔ２との例を示す波形図である。図１２に示すように、搬送波ｅｔ１，ｅｔ２は、振幅および周波数が等しい三角波である。但し、搬送波ｅｔ１は零を最小値とするのに対して、搬送波ｅｔ２は零を最大値としている。また、搬送波ｅｔ１，ｅｔ２の位相は、搬送波周期の半周期ずれている。また、搬送波ｅｔ１，ｅｔ２の値は、電圧指令値ｖ*の１周期毎に、所定値（図示の例では、共に零）にリセットされる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、電力変換装置４Ｆは３レベルの電力変換装置であり、搬送波発生器７２Ｆは、共通の搬送波周波数ｆcを有する第１および第２の搬送波ｅｔ１，ｅｔ２を発生するものであり、第１および第２の搬送波ｅｔ１，ｅｔ２は、搬送波周波数ｆcの半周期の位相差を有している。そして、リセット信号受信部７２１は、リセット信号情報Ｓｒが入力されると、第１の搬送波ｅｔ１を第１の値（零値）に変更し、第２の搬送波ｅｔ２を第２の値（零値）に変更する。このように、本実施形態によれば、電圧指令値ｖ*の１周期毎に搬送波ｅｔ１，ｅｔ２の値をリセットするため、出力パルスＰの対称性が向上する。従って、側帯波や回転速度の周波数付近に発生する回転電機５のトルク脈動を抑制し、軸ねじり振動を抑制することができる。
【００４９】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態による圧縮機駆動システムＳ７について説明する。
図１３は、第７実施形態による回転電機駆動システムＳ７のブロック図である。
圧縮機駆動システムＳ７は、第１実施形態の回転電機駆動システムＳ１（図１参照）と同様に、交流電源１と、順変換器２と、平滑コンデンサ３と、逆変換器４と、回転電機５と、回転軸６と、電流検出センサ１０と、回転速度検出センサ１１と、を有している。また、負荷１００（図１参照）に代えて、圧縮機１１０が設けられている。図中の制御装置７は、第１〜第５実施形態の制御装置７Ａ〜７Ｅのうち任意のものを適用することができる。また、逆変換器４に代えて、図１１（第６実施形態）に示した３レベルの電力変換装置４Ｆを適用する場合には、同図に示した３レベル用の制御装置７Ｆを適用することもできる。
【００５０】
圧縮機１１０は、回転軸６を介して、回転電機５によって駆動される。一般的に、圧縮機１１０は回転角に応じて負荷トルクが変動するため、速い応答速度の高速制御が望まれる。また、可変速運転で駆動系の固有振動数による回転軸６の振動が少ない高安定性が望まれる。
本実施形態においては、第１〜第５実施形態における制御装置７Ａ〜７Ｆを制御装置７として適用したので、速い応答速度による制御、すなわち高速制御であって、かつ、駆動系の固有振動数による振動が抑制された安定性の高い圧縮機駆動システムＳ７を実現できる。
【００５１】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態によるフライホイール発電システムＳ８について説明する。
図１４は、第８実施形態によるフライホイール発電システムＳ８のブロック図である。
フライホイール発電システムＳ８は、第１実施形態の回転電機駆動システムＳ１（図１参照）と同様に、交流電源１と、順変換器２と、平滑コンデンサ３と、逆変換器４と、回転電機５と、回転軸６と、電流検出センサ１０と、回転速度検出センサ１１と、を有している。
【００５２】
図中の制御装置７は、第１〜第５実施形態の制御装置７Ａ〜７Ｅのうち任意のものを適用することができる。また、逆変換器４に代えて、図１１（第６実施形態）に示した３レベルの電力変換装置４Ｆを適用する場合には、同図に示した３レベル用の制御装置７Ｆを適用することもできる。
図１４におけるフライホイール１２０は、回転軸６を介して、回転電機５によって駆動され、電力を貯蔵または発電するための慣性エネルギーを持つ物体である。このフライホイール１２０は電力の貯蔵または発電のために使用する以外に、他の機能を有していてもよい。
【００５３】
順変換器２、平滑コンデンサ３および逆変換器４を介して、交流電源１から回転電機５に電力が供給されると、フライホイール１２０が回転駆動され、フライホイール１２０に慣性エネルギーが蓄えられる。また、フライホイール１２０の回転によって回転電機５を回転駆動すると、逆変換器４、平滑コンデンサ３および順変換器２を介して、回転電機５から交流電源１にエネルギーが供給される。
【００５４】
ここで、回転電機５のトルクまたは回転速度制御により、回転電機５、回転軸６およびフライホイール１２０等を有する駆動系の固有周波数で、回転軸６が振動する。この振動振幅が大きくなると、フライホイール発電システムＳ８が停止し、あるいは回転軸６が破損してしまう可能性がある。そのような事態を防止するためには、駆動系の振動を抑制することが好ましい。
【００５５】
また、制御の応答速度が遅い場合、電力を入出力する速度が遅くなってしまうため、制御の応答速度を速くすることが好ましい。
本実施形態のフライホイール発電システムＳ８は、以上の要求を満たすため、制御装置７として、上述した第１〜第６実施形態の電力変換装置用の制御装置（７Ａ〜７Ｆ）を適用している。これにより、駆動系の固有周波数による振動の抑制と、交流電源１に対して、入出力する交流電力の応答を高速に制御することができ、信頼性と応答性能の高いフライホイール発電システムＳ８を実現できる。
【００５６】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００５７】
（１）上記各実施形態においては、逆変換器４または電力変換装置４Ｆに供給する直流電力は、交流電源１と順変換器２と平滑コンデンサ３とによって生成された。しかし、これらに代えて、例えば蓄電池等の他の直流電源を適用してもよい。
【００５８】
（２）図２に示した搬送波ｅｔの波形は、電圧指令値ｖ＊が零を上回るタイミングでリセットされ、リセット後の値は負の最小値であった。但し、搬送波ｅｔをリセットするタイミングは、電圧指令値ｖ＊が零を上回るタイミングに限られるものではなく、他のタイミングであってもよい。また、リセット後の搬送波ｅｔの値も、負の最小値に限られるものではなく、他の値であってもよい。同様に、図１２に示した搬送波ｅｔ１，ｅｔ２をリセットするタイミングも、電圧指令値ｖ＊が零を上回るタイミングに限られるものではなく、リセット後の搬送波ｅｔ１，ｅｔ２の値も零に限られるものではなく、他の値であってもよい。また、リセット後の搬送波ｅｔ１，ｅｔ２の値は別の値であってもよい。
【００５９】
（３）上記第１〜第５実施形態における制御装置７Ａ〜７Ｅは２レベルの逆変換器４を対象とするものであり、第６実施形態における制御装置７Ｆは、３レベルの電力変換装置４Ｆを対象とするものであった。しかし、これらに代えて、４レベル以上の電力変換装置と、これに対応する制御装置とを適用してもよい。
【００６０】
（４）上記各実施形態においては、回転速度検出センサ１１によって速度信号ωを検出した。しかし、センサレスで速度信号ωを推定してもよい。例えば、電流検出センサ１０で検出した電流信号ｉacや電圧指令演算器７１で推定した速度指令値ω1等に基づいて速度信号ωを推定してもよい。
【００６１】
（５）上記各実施形態において、搬送波発生器７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｆが発生する搬送波ｅｔ，ｅｔu，ｅｔv，ｅｔw，ｅｔ１，ｅｔ２の周波数（搬送波周波数ｆc）は一定であったが、搬送波周波数ｆcは、電圧指令値ｖ*の周波数ｆ1の整数倍（より好ましくは３の奇数倍）になるように変化させてもよい。一般的に、同期ＰＷＭ制御において搬送波周波数ｆcを変化させる際は急峻に変化させるが、上記各実施形態において搬送波周波数ｆcを変化させる場合は、徐々に変化させるとよい。その理由は、搬送波周波数ｆcを変化させている途中においても、電圧指令値ｖ*に同期して搬送波ｅｔ，ｅｔu，ｅｔv，ｅｔw，ｅｔ１，ｅｔ２をリセットするため、回転電機５のトルク脈動を抑制できるためである。
【００６２】
（６）上記各実施形態における制御装置７Ａ〜７Ｆのハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、上述した各実施形態の動作を実現するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
【００６３】
（７）また、上記各実施形態において制御装置７Ａ〜７Ｆの内部のブロックは、プログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
【００６４】
（８）また、第１〜第６実施形態の制御装置７Ａ〜７Ｆは、第７実施形態の圧縮機駆動システムＳ７や第８実施形態のフライホイール発電システムＳ８のみならず、冷凍機、建築機械、工業機械、電気自動車、鉄道車両、船舶、昇降機等、種々の電気機器に適用することができる。これにより、これらの電気機器においては、その用途に応じて優れた性能を発揮できる。
【符号の説明】
【００６５】
４  逆変換器（電力変換装置）
４Ｆ  電力変換装置
５  回転電機
７，７Ａ〜７Ｆ  制御装置（電力変換装置用制御装置）
７０  制御指令発生器
７１  電圧指令演算器
７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｆ  搬送波発生器
７３  比較器
１００  負荷
１１０  圧縮機
１２０  フライホイール
７２１  リセット信号受信部
７２２  ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
７２３  ２相／３相変換器
７２４  ＬＰＦＡＣＲ（ローパスフィルタ付電流制御器）
θ1  角度指令値
ω1  速度指令値
ω  速度信号
Ｃｒｅｆ  制御指令
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２  ＰＷＭ信号（パルス信号）
Ｓ１，Ｓ６  回転電機駆動システム
Ｓ７  圧縮機駆動システム
Ｓ８  フライホイール発電システム
Ｓｒ，Ｓｒu，Ｓｒv，Ｓｒw  リセット信号情報（リセット信号，電圧指令値）
ｅｔ，ｅｔu，ｅｔv，ｅｔw  搬送波
ｅｔ１  搬送波（第１の搬送波）
ｅｔ２  搬送波（第２の搬送波）
ｆc  搬送波周波数
ｉｄｑ*  電流指令値（直流電流指令値）
ｖ*，ｖu*，ｖv*，ｖw*  電圧指令値
ｖｄｑ*，ｖｄｑ**，ｖｄｑ***  電圧指令値（直流電圧指令値）
【図１】
2018023178.tif 000003
【図２】
2018023178.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018023178.tif 000013
【図１２】
2018023178.tif 000014
【図１３】
2018023178.tif 000015
【図１４】
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