(57)【要約】【課題】電力変換器の入力側に設けた変圧器に生じる偏磁を検出器あるいは前記変圧器に偏磁防止のための仕様を追加することなく抑制する。【解決手段】主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および逆変換器を備えた電力変換装置と、出力電圧指令を生成する電圧指令生成器、および該生成器が生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記電力変換器の交流出力の位相をシフトさせる位相シフト信号を生成する位相シフト演算器と、前記変換器の出力が所定の周波数範囲にあることを検出するシフト条件判定器と、シフト条件判定器が、前記電力変換器の出力が所定の範囲内にあることを検出したとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および該順変換器に接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器を備えた電力変換装置と、
出力電圧指令を生成する電圧指令生成器、および該生成器が生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、
前記電力変換器の交流出力の位相をシフトさせる位相シフト信号を生成する位相シフト演算器と、
前記変換器の出力が所定の周波数範囲にあることを検出するシフト条件判定器と、
シフト条件判定器が、前記電力変換器の出力が所定の範囲内にあることを検出したとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、位相シフト演算器は、１８０度の整数倍の範囲で位相が変化する位相シフト量を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力変換装置において、位相シフト演算器は、位相が時間に比例して増減する位相シフト量を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および該順変換器に接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器を備えた電力変換装置と、
出力電圧指令を生成する電圧指令生成器、および該生成器が生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、
前記電力変換器の交流出力の位相をシフトさせる位相シフト信号を、周波数シフト信号を生成する周波数シフト演算器出力を積分して演算する積分器と、
前記変換器の出力が所定の周波数範囲にあることを検出するシフト条件判定器と、
シフト条件判定器が、前記電力変換器の出力が所定の範囲内にあることを検出したとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせる位相シフト切換器を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４記載の電力変換装置において、周波数シフト演算器の周波数シフト量を積分して得られる位相シフト量は、１８０度の整数倍の範囲であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の電力変換装置において、周波数シフト演算器の周波数シフト量を積分して得られる位相シフト量は、位相が時間に比例して増減することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項４記載の電力変換装置において、周波数シフト演算器は、周波数シフト量が正側から負側および負側から正側へ変化する際に、設定した変化率による制限を受けて変化し、演算された周波数シフト量を積分して得られる位相シフト量により、１８０度の整数倍の範囲で位相が変化することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７記載の電力変換装置において、周波数シフト演算器は、周波数シフトパラメータ演算器、トルク変動許容量設定器およびシフト周期割合設定手段を有し、周波数シフト演算手段は、設定したトルク変動許容量とシフト周期割合から演算して得られるパラメータを用いて演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項８記載の電力変換装置において、周波数シフトパラメータ演算器に用いるトルク変動許容量を演算するトルク変動許容量演算器は、トルク電流に応じてトルク変動許容量を増減することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および該順変換器に接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器を備え、出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する電力変換装置の制御方法において、
前記電力変換器の交流出力電圧の位相をシフトさせる位相シフト信号を生成する位相シフト演算器を備え、
前記変換器の出力が所定の周波数範囲にあるとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１１】
主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および該順変換器に接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器を備え、出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する電力変換装置の制御方法において、
前記電力変換器の交流出力電圧の位相をシフトさせる位相シフト信号を、周波数シフト信号を生成する周波数シフト演算器出力を積分して演算する積分器を備え、
前記変換器の出力が前記変圧器に偏磁が生じる所定の周波数範囲にあるとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせ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、電力変換技術に係り、特に、電力変換器の入力側に設けた入力側変圧器に生じる偏磁を抑制することのできる電力変換装置および電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の偏磁抑制装置として特許文献１が知られている。この文献に開示される装置では、変換器交流出力電圧中の直流成分を検出する電圧検出回路、変換器と接続される変圧器２次電流の微分値の極性を検出する電流検出回路、およびこれらで検出した値に応じて変換器交流出力電圧の直流成分の補正ゲインを可変する制御回路を備える。
【０００３】
この装置では、検出回路により得られた直流電圧成分および変圧器２次電流より、変圧器２次電流の微分値を演算する。この２次電流微分値を元に補正ゲイン可変手段を用いて補正ゲインを変化させ、変化させた補正ゲインを直流電圧の検出値に乗じることで電圧補正値を得る。変換器の出力電圧指令値は前記電圧補正値により補正され、通常の交流電圧指令に直流成分が重畳した波形となる。このため、この出力電圧波形によって変圧器の偏磁を抑制することが可能となる。この装置では、電流の微分値を演算して制御に用いることで、補正によって過電流となることなく瞬時に偏磁現象を抑制可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交流電源に接続された変圧器と、前記変圧器と接続され、前記交流電源の電力を可変電圧可変周波数の電力に変換する電力変換装置において、交流を直流に変換し、そして直流を可変周波数の交流に変換する電力変換器の直流回路に流れる直流電流は、電力変換器の出力周波数のＮ倍の周波数で変動する。
【０００６】
前記変圧器の電源周波数と前記直流電流の変動周波数が一致する条件では、変圧器の２次巻線に直流分が流れ、この直流分により変圧器の磁束が偏る偏磁現象が生じる。変圧器に偏磁現象が生じると過渡的に大きな励磁電流が流れる。このため、高調波電流の増加、過電流に伴う変圧器の過熱等の問題が生じる。
【０００７】
この対策としては一般的に、変換器に検出器を追加することで変圧器の偏磁現象を検出し、その検出値から変換器の出力電圧に対して偏磁抑制制御を行う方式、あるいは別電源から偏磁を解消する直流電圧を印加することで偏磁現象を抑制又は解消する方式が知られている。しかしこららの方式では、変換器を構成する部品の点数が増加し、変換器の容積や費用が増加する。
【０００８】
また、変圧器の鉄心に空隙を入れて偏磁耐量を増加させること、あるいは鉄心断面積を大きくして磁束密度を低くすることで自己平衡作用により偏磁を防止することも行われている。しかし、この方式は、変圧器の外形寸法、重量、費用が大となる。また標準品を使用することができなくなる。
【０００９】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、検出器、あるいは変圧器に偏磁仕様を追加することなく、偏磁現象を抑制可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１１】
主変圧器、該主変圧器に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する順変換器、および該順変換器に接続されて前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器を備えた電力変換装置と、出力電圧指令を生成する電圧指令生成器、および該生成器が生成した出力電圧指令を前記電力変換装置を構成するスイッチング素子を制御するパルス生成器に供給して前記変換器の出力電圧および出力周波数を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記電力変換器の交流出力の位相をシフトさせる位相シフト信号を生成する位相シフト演算器と、前記変換器の出力が所定の周波数範囲にあることを検出するシフト条件判定器と、シフト条件判定器が、前記電力変換器の出力が所定の範囲内にあることを検出したとき、前記位相シフト演算器の出力を前記電圧指令生成器に供給して、前記電力変換器の出力位相をシフトさせる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えるため、検出器あるいは変圧器に偏磁防止のための仕様を追加することなく、偏磁現象を抑制可能な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示す図である。
【図２】他の実施形態を示す図である。
【図３】他の実施形態を説明する図である。
【図４】他の実施形態を説明する図である。
【図５】入力変圧器における偏磁現象について説明する図である。
【図６】直流回路のパワー変動周波数が電源周波数と一致する条件で運転した場合における、電力変換器に流れる電流・電圧および磁束を示す図である。
【図７】変圧器の２次側電流に流れる直流成分の大きさと、変換器出力電圧の位相との関係を示す図である。
【図８】位相シフトパターン、周波数シフトパターンを説明する図である。
【図９】電力変換器の出力位相をシフトさせた場合の波形を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、本実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示す図である。図１において、１は交流電源、２は前記交流電源１の電圧を電力変換器の入力電圧に変換する変圧器、３は前記変圧器２から出力される電力を所望の電力に変換する電力変換器、４は前記電力変換器が出力する電力で駆動される交流電動機である。
【００１６】
５は前記交流電動機４の出力トルクあるいは速度が所望の特性を満たすように前記電力変換器３を操作する電力変換器制御装置である。６は電流検出器であり、前記電力変換器３の出力電流を検出し出力する。７は速度検出器であり、前記交流電動機４の速度を検出し出力する。
【００１７】
前記電流検出器６および速度検出器７の出力信号は、電力変換器制御装置５に入力され、電力変換器制御装置５は、各種演算処理を行い前記電力変換器３を操作する信号を出力する。
【００１８】
次に、電力変換器制御装置５の動作について説明する。先ず、電力変換器制御装置５では、速度指令発生器５１から出力される速度指令値ωｒｒｅｆと速度検出器７から出力される速度検出値ωｒとの偏差が速度制御器５２に入力され、速度制御器５２では速度検出値が速度指令値に一致するようにトルク電流指令値Ｉｑｒｅｆを演算し、出力する。
【００１９】
電流座標変換器５３には、電流検出器６から出力される３相交流電流検出値と位相演算器５４から出力される位相θが入力され、電流座標変換器５３では、位相θを用いて前記３相交流電流検出値から直流電流検出値である励磁電流検出値Ｉｄとトルク電流検出値Ｉｑを演算し、出力する。
【００２０】
速度制御器５２で演算されたトルク電流指令値Ｉｑｒｅｆと電流座標変換器５３から出力されるトルク電流検出値Ｉｑとの偏差はトルク電流制御器５５に入力され、トルク電流制御器５５ではトルク電流検出値Ｉｑがトルク電流指令値Ｉｑｒｅｆに一致するようにｑ軸電圧指令値Ｖｑを演算し、出力する。
【００２１】
励磁電流指令設定器５６から出力される励磁電流指令値Ｉｄｒｅｆと電流座標変換器５３から出力される励磁電流検出値Ｉｄとの偏差は励磁電流制御器５７に入力され、励磁電流制御器５７では励磁電流検出値Ｉｄが励磁電流指令値Ｉｄｒｅｆに一致するようにｄ軸電圧指令値Ｖｄを演算し、出力する。
【００２２】
トルク電流制御器５５から出力されるｑ軸電圧指令値Ｖｑと励磁電流制御器５７から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄと位相演算器５４から出力される位相θは電圧座標変換器５８に入力され、電圧座標変換器５８では、位相θを用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑから３相交流電圧指令値を演算し、出力する。
【００２３】
一方、速度検出器７から出力される速度検出値ωｒと電流座標変換器５３から出力されるトルク電流検出値は周波数演算器５９に入力される。周波数演算器５９は、例えば負荷として誘導電動機を用いる場合は、速度検出器ωｒに電動機負荷に応じたすべり周波数ωｓを加算して周波数指令ω１を演算し、出力する。
【００２４】
周波数演算器５９で演算した周波数指令ω１は位相演算器５４に入力され、位相演算器５４では周波数指令ω１を積分して位相θを演算し、出力する。
【００２５】
そして、電圧座標変換器５８が出力する前記３相交流電圧指令値はパルス生成器６０に入力され、パルス生成器６０では、電力変換器３の出力電圧が３相交流出力電圧指令値に一致するように電力変換器３のスイッチング素子をオン・オフするパルス信号を演算し出力する。
【００２６】
以上説明したように、電力変換器は交流電動機４の出力トルクあるいは速度が所望の特性となるように、出力する交流電圧を制御する。
【００２７】
図５は、入力変圧器における偏磁現象について説明する図である。図５は電力変換器３として、単相インバータを直列に接続して多レベルの出力電圧を出力するようにしたマルチレベルインバータを用いた例を示したものである。
【００２８】
図５において、１は交流電源、２は変圧器、３は複数の単相セルインバータ１０を直列に接続した電力変換器であり、変圧器２より出力される交流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換する。４は前記電力変換器３が出力する電力で駆動される交流電動機である。電力変換器３内の各単相セルインバータ１０は、交流電圧を順変換器１１で直流電圧に変換し、変換された直流電圧を平滑コンデンサ１２で平滑し、逆変換器１３でパルス幅変調（ＰＷＭ）した交流電圧を出力する。
【００２９】
各セルインバータ１０の出力、すなわちＵ相セルユニット１４ｕ、Ｖ相セルユニット１４ｖ、Ｗ相セルユニット１４ｗの出力は各ユニット内で足し合わされ、３相交流電圧として交流電動機４に出力される。なお、各相のセルユニットには、各相に対応するＵ相変圧器２１ｕ、Ｖ相変圧器２１ｖ、Ｗ相変圧器２１ｗが接続され、前記交流電源１の電圧を電力変換器の入力電圧に変換する。また、電流検出器６、速度検出器７の出力信号は、電力変換器制御装置５に入力され、電力変換器制御装置５は、各種演算処理を行い、前記電力変換器３を操作する信号を出力する。電力変換器制御装置５の主要動作については前述したとおりである。
【００３０】
ここで、単相インバータを用いた場合、単相インバータの電動機１相分のパワーＰｄｃは（１）式で表される。（１）式の第２項に示されるように、１相分のパワーＰｄｃは電力変換器の出力周波数ω１の２倍周波数で大きく変動する。ここに、（１）式中のφは電動機の力率角である。
【数１】
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【００３１】
このため、単相セルインバータの直流回路には前記パワーＰｄｃに比例した直流電流が流れ、パワーＰｄｃと同じく、電力変換器の出力周波数の２倍周波数で変動する。
【００３２】
図６は、前記直流回路のパワー変動周波数が電源周波数と一致する条件、例えば電源が５０Ｈｚの場合、電力変換器の出力周波数が２５Ｈｚで運転した場合における、電力変換器および変圧器に流れる電流・電圧および磁束を示す図である。なお、それぞれ３相分あるが１相分のみ表示する。
【００３３】
図６（ａ）に示す変換器出力電圧指令、および図６（ｂ）に示す変換器出力電流の出力周波数が２５Ｈｚの場合、図６（ｃ）に示す単相インバータの直流回路に流れる直流電流は２倍の５０Ｈｚで変動する。電源周波数５０Ｈｚと一致する条件では、図６（ｄ）に示すように変圧器の２次側電流が片側に偏り直流成分が含まれる。このように直流電流成分が流れ場合には、図６（ｅ）に示すように変圧器の磁束が偏る偏磁現象が生じる、偏磁現象がが生じた場合には、過渡的に過大な励磁電流が流れ、高調波の増加、変圧器の騒音（うなり）の増加、損失増加による熱的な問題を引起こすことがある。
【００３４】
図７は、図６（ｄ）に示す変圧器の２次側電流に流れる直流成分の大きさと、変換器出力電圧の位相との関係を示す図である。なお、図７ではＵ、Ｖ、Ｗの３相分を表示する。  図７に示すように、直流電流の大きさおよび極性は変換器出力の位相により変化する。またＵ、Ｖ、Ｗ相で変化する位相が異なる。
【００３５】
本発明は、この特性に着目し、Ｕ，Ｖ，Ｗの全ての相の直流電流量が正側と負側で相殺し平均的に零となるように、出力の位相を＋９０度と−９０度の範囲内においてシフトすることにより直流偏磁を防止するものである。
【００３６】
図１は、本実施形態に係る電力変換器の制御動作を説明する図である。図７に示すように変圧器の２次側に流れる直流電流量を平均的に零とするには、変換器の出力位相を＋９０度と−９０度の間でシフトすればよい。
【００３７】
そこで、図１に示すように、位相シフト演算器１００と位相シフト条件判定器１０１と位相シフト切換器１０２を設置する。位相シフト演算器は＋９０度と−９０度の間を設定した周期で時間に比例して変化する位相シフト量Δθを演算し、出力する。
【００３８】
位相シフト条件判定器１０１は出力周波数指令ω１を入力し、偏磁が生じる出力周波数を中心として設定したバンド幅内に出力周波数指令が入ったとき位相シフト条件成立の判定フラグを出力する。出力された判定フラグは位相シフト切換器１０２に入力され、位相シフト切換器１０２は、前記判定フラグに基づき、位相シフト演算器１００から出力される位相シフト量Δθを位相シフト量Δθ＝０に換えて出力する。位相シフト切換器１０２の出力は位相演算器５４の出力位相θに加算され、加算後のθ＋Δθが電流座標変換器５３と電圧座標変換器５８に入力され、各座標変換器は直流電流検出値Ｉｄ，Ｉｑと交流電圧指令を演算し、出力する。
【００３９】
このように電力変換器の出力位相をシフトすることで、偏磁が生じる運転状態においても、変圧器の２次側に流れる直流電流成分を相殺して平均的に零とすることができる。このため、電源と電力変換器の間に変圧器を設置し、電動機を可変速駆動する電力変換器において、特定周波数での運転時に生じる入力側変圧器の偏磁現象に対して、変圧器に偏磁耐量を増加させるための特別の対策を施すことなく、また偏磁を抑制するための検出器を追加することなく、変圧器の偏磁現象を抑制することができる。
【００４０】
［実施形態２］
図２は、他の実施形態を示す図である。この例では、位相シフトによる電動機トルクの変動（急変）を抑制するために、位相シフト量の変化パターンを図１とは変更している。
【００４１】
位相シフトパターンにおいて、Δθが増加から減少に転じるポイント、またはΔθが減少から増加に転じるポイントでは位相変化が急激に生じるため、電動機トルクに変動が生じる。この変動量を抑制するには、位相シフトパターンの急変を緩和させればよい。その一つの方法としては一次遅れなどのフィルタを付加することが考えられる。
【００４２】
しかし、図７に示したように位相シフトにより直流電流量を正側と負側で相殺するためには、＋９０度と−９０度の範囲で位相がシフトするパターンに近づけることが必要であり、このためのフィルタ時定数やシフト幅の設定は煩雑となってしまう。そこで、位相と周波数の関係に着目し、次のように位相シフトパターンを演算して生成する。
【００４３】
すなわち、位相は周波数の積分で表されるので、理想の位相シフトパターンθと周波数ｆの関係は図８（ａ）となる。すなわち、位相シフトの急変を防止することは、正側から負側および負側から正側への周波数変化にレートリミッタなどで変化率制限を加えることと等価となる。但し、周波数の変化率に制限をつけただけでは、＋９０度と−９０度間での位相シフトとならないため、図８（ａ）に示す周波数の積分値の面積Ｓ１と図８（ｂ）に示す周波数の積分値Ｓ２が一致するように、変化率制限量に応じて周波数の変化幅を変更（増大）するとよい。
【００４４】
次に、偏磁を抑制するために用いる図８（ｂ）に示す周波数パターンの生成について説明する。シフト周期Ｔと周波数の変化幅Δｈ１ω１の関係は、位相シフト幅が９０度（π／２）であることから（２）式で表される。また、許容できるトルク変動量Δτは、許容できる速度変化ｄωｒ／ｄｔを周波数変化ｄω１／ｄｔで近似し、電動機を含む機械系のイナーシャＪを用いると変化率制限値βは（３）式で表される。
【数２】
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【数３】
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【００４５】
ここで、シフト周期Ｔは偏磁抑制の観点から、偏磁が生じる時定数より小さくすることが望ましい。一方、許容できるトルク変動量Δτから決まる周波数の変化率制限の範囲がシフト周期Ｔの大半を占めると、時間に比例して増減させる理想パターンからのずれが大きくなるため、正側と負側の相殺効果が劣化する。
【００４６】
従って、許容できるトルク変動量Δτから決まる変化率制限βにより定まる図８（ｂ）に示すΔＴのシフト周期Ｔに占める割合αを、α＝ΔＴ／Ｔと定義し、図８（ａ）と（ｂ）の周波数の面積が一致する条件から、図８（ｂ）の周波数変化幅Δｈω１を求めると（４）式で表される（トルク変動を考慮した時の増分をΔｈ２ω１とする）。
【数４】
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【００４７】
そして、（４）式で得られたΔｈω１とΔＴから演算される周波数変化率と（２）式よりΔＴは（５）式で表される。
【数５】
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【００４８】
図２は、以上の関係を前提にして、本実施形態における電力変換装置の制御動作を説明する図である。この例においては、位相シフトパラメータ演算器２００、周波数シフト演算器２０１、および積分器２０２を設置する。
【００４９】
位相シフトパラメータ演算器２００は、トルク変動許容値設定器２０３からの設定値Δτとシフト周期割合設定器２０４からの割合率αが入力される。
【００５０】
位相シフトパラメータ演算器２００では、トルク変動量許容値Δτと電動機を含む機械系のイナーシャＪより周波数変化率βを（３）式で演算し、周波数変化率βと割合αよりΔＴを（５）式で演算し、次にΔＴと割合率αより、周波数変化幅Δｈω１を（４）式で演算し、そして、ΔＴと割合率αより、シフト周期ＴをＴ＝ΔＴ／αで演算し、出力する。  周波数シフト演算器２０１には、演算した周波数変化率β、シフト周期ＴとΔＴ、周波数変化幅Δｈω１が入力され、入力されたパラメータを用いて得られる周波数シフトパターンより周波数シフト量Δω１を演算し、出力する。
【００５１】
演算された周波数シフト量Δω１は、積分器２０２に入力され、積分器２０２では周波数シフト量を積分して、位相シフト量Δθを演算し、出力する。位相シフト条件判定器１０１には出力周波数指令ω１が入力され、偏磁が生じる出力周波数を中心とした設定したバンド幅内に出力周波数指令が入ったとき位相シフト条件成立の判定フラグを出力する。出力された判定フラグは位相シフト切換器１０２に入力され、位相シフト切換器では、判定フラグに基づき、積分器２０２から出力される位相シフト量Δθと位相シフト量Δθ＝０を切換えて出力する。位相シフト切換器１０２の出力は位相演算器５４の出力位相θに加算され、加算後のθ＋Δθが電流座標変換器５３と電圧座標変換器５８に入力され、各座標変換器により直流電流検出値Ｉｄ，Ｉｑと交流電圧指令を演算し、出力する。
【００５２】
図９は、図６と同じ条件において、本発明を適用して電力変換器の出力位相をシフトさせた場合の波形を示したものであり、本発明の適用により、変圧器の偏磁が生じる条件においても偏磁現象は抑制されている。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、位相シフトによるトルク変動を許容範囲に抑制しつつ、変圧器の偏磁現象を抑制できる。
【００５４】
［実施形態３］
図３は、本発明装置の更に他の実施形態を説明する図である。トルク変動許容値演算器２０５を設置し、負荷状態に応じて許容できるトルク変動量Δτを増減させる点で図２の例とは異なる。
【００５５】
実施形態２では許容できるトルク変動量を固定値で与えていたが、運転状態によりトルク変動量の許容値は変化する場合がある。例えば、順変換器が図５に示すようなダイオード整流器で構成される場合において、位相シフトによるトルク変動が負側に大きくなると、回生状態となり直流電圧が増加し過電圧保護装置が動作したり、過電圧によりスイッチング素子が破損することがある。
【００５６】
特に負荷が小さい場合には位相シフトによる回生が生じやすくなる。そこで、負荷状態に応じて許容できるトルク変動量Δτを増減させる。
【００５７】
図３は、以上の関係を前提にして、本発明の第３の実施形態を説明する図である。図３に示すように、トルク変動許容値演算器２０５を設置する。トルク変動許容値演算器２０５にはトルク電流が入力され、トルク変動許容値演算器２０５は、入力されたトルク電流の大きさにより許容トルク変動量を演算し、出力する。具体的には、トルク電流が負側に振れないように現在のトルク電流にマージンをとりトルク変動許容値を演算する。なお、磁束は一定であると仮定して、トルク［％］≒トルク電流［％］としているが、界磁弱めを行う場合は磁束の弱め比率を係数として乗算すればよい。演算された許容トルク変動量Δτは、位相シフトパラメータ演算器２００に、シフト周期割合設定器２０４からの割合率と共に入力され、以降は実施形態２で説明した制御動作を行う。
【００５８】
本実施形態によれば、電動機の運転状態（負荷状態）に応じて位相シフトによるトルク変動の許容範囲を可変するため、システムの不具合（例えば回生による過電圧など）を防止しつつ、変圧器の偏磁現象を抑制することができる。
【００５９】
［実施形態４］
図４は、本発明装置の更に他の実施形態であって、図３の例とは、周波数シフト切換器２０６を設置し、周波数シフト演算器２０１で演算されたΔω１を周波数指令演算器５９で演算されたω１に加算する点で異なる。
【００６０】
図３の例では、は周波数シフト量Δω１を積分して得られる位相シフト量Δθを位相演算器５４で演算されたθに加算しているが、周波数ω１に周波数シフト量Δω１を加算した信号を積分しても、同じ位相シフト動作を得ることができる。
【００６１】
そこで、図４の例では、位相シフト条件判定器１０１には出力周波数指令ω１が入力され、偏磁が生じる出力周波数を中心とした設定したバンド幅内に出力周波数指令が入ったとき位相シフト条件成立の判定フラグを出力し、出力した判定フラグを周波数シフト切換器２０６に入力する。周波数シフト切換器２０６では、判定フラグに基づき、周波数シフト演算器２０１から出力される周波数シフト量Δω１と周波数シフト量Δω１＝０を切換えて出力する。
【００６２】
周波数シフト切換器２０６の出力は周波数演算器５９の出力周波数ω１に加算され、加算後のω１＋Δω１が位相演算器５４で積分され、積分された位相は、電流座標変換器５３と電圧座標変換器５８に入力され、各座標変換器により直流電流検出値Ｉｄ，Ｉｑと交流電圧指令を演算し、出力する。
【００６３】
以上の実施形態では、変換器の出力位相を、＋９０度と−９０度の間で位相シフトするようにしたが、図７が示すように１８０度の整数倍の間で位相シフトしても直流電流を平均値として零にすることができる。速度検出器を用いた制御系を示したが、交流電動機４の回転速度を推定演算して用いる速度センサレス制御系などにおいても、電力変換器の出力電圧の周波数、位相を制御するシステムであれば、本発明を適用して変圧器の偏磁を抑制することができる。
【００６４】
以上説明したように、本発明によれば、電源と電力変換器の間に変圧器を設置し、前記電力変換器により電動機を可変速駆動する電力変換装置において、位相シフト演算器、位相シフト条件判定器、位相シフト切換器２を設置し、位相シフト演算器は＋９０度と−９０度の間を設定した周期で変化する位相シフト量Δθを演算し出力する。位相シフト条件判定器には出力周波数指令ω１が入力され、偏磁が生じる出力周波数を中心とした設定したバンド幅内に出力周波数指令が入った条件で位相シフト条件成立の判定フラグを出力する。出力された判定フラグは位相シフト切換器に入力され、位相シフト切換器では、判定フラグに基づき、位相シフト演算器から出力される位相シフト量Δθと位相シフト量Δθ＝０を切換えて出力する。位相シフト切換器の出力は位相演算器の出力位相θに加算され、加算後のθ＋Δθが電流座標変換器と電圧座標変換器に入力され、各座標変換器により直流電流検出値と交流電圧指令を演算し出力する。
【００６５】
これにより、特定周波数での運転時に生じる変換器の入力側変圧器の偏磁現象に対して偏磁耐量を増加させるための対策や偏磁を抑制するための検出器を追加することなく偏磁現象を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  交流電源
２  変圧器
３  電力変換器
４  交流電動機
５  電力変換器制御装置
６  電力変換器出力電流検出器
７  速度検出器
５１  速度指令発生器
５２  速度制御器
５３  電流座標変換器
５４  位相演算器
５５  トルク電流制御器
５６  励磁電流指令設定器
５７  励磁電流制御器
５８  電圧座標変換器
５９  周波数指令演算器
１００  位相シフト演算器
１０１  位相シフト条件判定器
１０２  位相シフト切換器
２００  位相シフトパラメータ演算器
２０１  周波数シフト演算器
２０２  積分器
２０３  トルク変動許容値設定器
２０４  シフト周期割合設定器
２０５  トルク変動許容値演算器
２０６  周波数シフト切換器
【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７】
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【図８】
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【図６】
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【図９】
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