(57)【要約】      （修正有）【課題】漏洩電流抑制用の回路を付加することなく、漏洩電流を抑制可能な電力変換器の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換器の制御装置は、整流器ＰＷＭ制御部１９と、インバータＰＷＭ制御部２５と、零相変調偏差補正部４０と、を備える。零相変調偏差補正部４０は、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃと、インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖと、に基づいて、同一の零相変調信号となる補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊と、補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊と、を生成する。整流器ＰＷＭ変調部３４ａは、整流器の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｒｅｃに補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊を加算した整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う。インバータＰＷＭ変調部３４ｂは、インバータの電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｉｎｖに補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊を加算したインバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う。【選択図】図１
2019037106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチのスイッチング動作により交流直流変換を行う整流器と、半導体スイッチのスイッチング動作により直流交流変換を行うインバータと、を有する電力変換器の制御装置であって、
前記整流器の電圧指令値に基づいて整流器零相変調信号を生成する整流器零相変調器と、
前記インバータの電圧指令値に基づいてインバータ零相変調信号を生成するインバータ零相変調器と、
前記整流器零相変調信号と、前記インバータ零相変調信号と、に基づいて、同一の零相変調信号となる補正整流器零相変調信号と補正インバータ零相変調信号とを生成する零相変調偏差補正部と、
前記整流器の電圧指令値に前記補正整流器零相変調信号を加算した整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う整流器ＰＷＭ変調部と、
前記インバータの電圧指令値に前記補正インバータ零相変調信号を加算したインバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行うインバータＰＷＭ変調部と、
を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
半導体スイッチのスイッチング動作により交流直流変換を行う整流器と、半導体スイッチのスイッチング動作により直流交流変換を行うインバータと、を有する電力変換器の制御装置であって、
前記整流器の電圧指令値に基づいて整流器零相変調信号を生成する整流器零相変調器と、
前記インバータの電圧指令値に基づいてインバータ零相変調信号を生成するインバータ零相変調器と、
前記整流器零相変調信号と前記インバータ零相変調信号との偏差に調整ゲインと１／２を乗算した値を零相変調補正量として出力する補正量演算部と、
前記整流器零相変調信号から前記零相変調補正量を減算し補正整流器零相変調信号を演算する減算器と、
前記インバータ零相変調信号に前記零相変調補正量を加算し補正インバータ零相変調信号を演算する加算器と、
前記整流器の電圧指令値に前記補正整流器零相変調信号を加算した整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う整流器ＰＷＭ変調部と、
前記インバータの電圧指令値に前記補正インバータ零相変調信号を加算したインバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行うインバータＰＷＭ変調部と、
を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項３】
前記調整ゲインを１とすることを特徴とする請求項２記載の電力変換器の制御装置。
【請求項４】
前記調整ゲインは可変であることを特徴とする請求項２記載の電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、順変換器と逆変換器を有するＣＶＣＦの電力変換器に係り、特に、コモンモード漏洩電流の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３にＣＶＣＦ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｔｅ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力変換器の回路及び制御部の概略図を示す。図３（ａ）に示すように、ＣＶＣＦ電力変換器は、順変換器１と、逆変換器２と、を備える。
【０００３】
順変換器１は、整流器３と、整流器制御部５と、を有する。逆変換器２は、インバータ４と、インバータ制御部６と、を有する。ＣＶＣＦ電力変換器は、通常、出力の電位を安定させるため、出力端はコンデンサＣ４を介して接地されている。
【０００４】
図３（ｂ）に示すように、整流器制御部５は、整流器３をＰＷＭ制御する。また、図３（ｃ）に示すように、インバータ制御部６は、インバータ４をＰＷＭ制御する。
【０００５】
ここで、整流器制御部５、インバータ制御部６の整流器ＰＷＭ制御部１９，インバータＰＷＭ制御部２５は、図３（ｄ）に示すように、入力した制御指令値（電圧指令値）Ｖｒｅｆを二相三相変換器３１によって正弦波に変換したのちＰＷＭ変調部３４によってゲート指令値Ｇａｔｅ（ＲＥＣ），Ｇａｔｅ（Ｉｎｖ）を生成して出力する。
【０００６】
特許文献１には、電圧利用率を上げるために、整流器ＰＷＭ制御部１９，インバータＰＷＭ制御部２５において、零相変調方式を適用することが開示されている。図３（ｄ）に示すように、零相変調器３２によって電圧指令値の３次の整数倍の高調波（以下、零相変調信号と称する）Ｖｚを生成する。この零相変調信号Ｖｚを、電圧指令値の正弦波に重畳する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６４８４６号公報
【特許文献２】特許第５０４０２８７号公報
【特許文献３】特許第３４６６１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
零相変調方式では正弦波の電圧指令値に零相変調信号Ｖｚを重畳するが、三相とも同じ零相電圧を重畳するため、各相の線間電圧は重畳した零相変調信号が相殺されて、出力電圧は元の正弦波となる。
【０００９】
しかし、整流器３とインバータ４の出力周波数の位相が非同期の場合、重畳する零相変調信号Ｖｚの位相がずれると、整流器３とインバータ４それぞれが出力する相電圧の位相がずれる。この位相偏差に伴いコモンモードノイズが増大することがある。
【００１０】
図４は整流器ＰＷＭ制御部１９，インバータＰＷＭ制御部２５における電圧指令値（整流器）Ｖｒｅｆ，零相変調信号（整流器）Ｖｚ，ＰＷＭ変調信号（整流器），電圧指令値（インバータ）Ｖｒｅｆ，零相変調信号（インバータ）Ｖｚ，ＰＷＭ変調信号（インバータ），零相変調偏差を示すタイムチャートである。
【００１１】
整流器ＰＷＭ制御部１９では、電圧指令値（整流器）Ｖｒｅｆに対して零相変調信号（整流器）Ｖｚを重畳したＰＷＭ変調信号（整流器）によって、整流器３のスイッチングを行う。
【００１２】
一方、インバータＰＷＭ制御部２５では、電圧指令値（インバータ）Ｖｒｅｆに対して零相変調信号（インバータ）Ｖｚを重畳したＰＷＭ変調信号（インバータ）によって、インバータ４のスイッチングを行う。
【００１３】
整流器３とインバータ４間では、零相変調信号Ｖｚの位相が約１５ｄｅｇずれており、零相変調偏差が生じている。この零相変調偏差はコモンモードノイズとなり、出力端のコンデンサＣ４を介して対地に流れる漏洩電流となる。
【００１４】
零相変調偏差によりコモンモードノイズが増大すると、大きな漏洩電流が流れて漏洩遮断器の誤動作など周辺機器に障害を及ぼす。
【００１５】
コモンモードノイズによる漏洩電流を抑制する方法として特許文献２，３が開示されている。
【００１６】
特許文献２は、順変換器、逆変換器以外に直流部に半導体スイッチを設け、高周波スイッチ動作により漏洩電流を抑制する技術である。特許文献３は、抵抗とコンデンサの直列接続体とコモンモードチョークコイルとを有する高周波フィルタにより漏洩電流を抑制する技術である。いずれの技術も電力変換器内に漏洩電流抑制用の回路を付加しており、部材や組立のコストが増加する。 
【００１７】
以上示したようなことから、電力変換器の制御装置において、電力変換器に漏洩電流抑制用の回路を付加することなく、漏洩電流を抑制することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、半導体スイッチのスイッチング動作により交流直流変換を行う整流器と、半導体スイッチのスイッチング動作により直流交流変換を行うインバータと、を有する電力変換器の制御装置であって、前記整流器の電圧指令値に基づいて整流器零相変調信号を生成する整流器零相変調器と、前記インバータの電圧指令値に基づいてインバータ零相変調信号を生成するインバータ零相変調器と、前記整流器零相変調信号と、前記インバータ零相変調信号と、に基づいて、同一の零相変調信号となる補正整流器零相変調信号と補正インバータ零相変調信号とを生成する零相変調偏差補正部と、前記整流器の電圧指令値に前記補正整流器零相変調信号を加算した整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う整流器ＰＷＭ変調部と、前記インバータの電圧指令値に前記補正インバータ零相変調信号を加算したインバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行うインバータＰＷＭ変調部と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、他の態様として、半導体スイッチのスイッチング動作により交流直流変換を行う整流器と、半導体スイッチのスイッチング動作により直流交流変換を行うインバータと、を有する電力変換器の制御装置であって、前記整流器の電圧指令値に基づいて整流器零相変調信号を生成する整流器零相変調器と、前記インバータの電圧指令値に基づいてインバータ零相変調信号を生成するインバータ零相変調器と、前記整流器零相変調信号と前記インバータ零相変調信号との偏差に調整ゲインと１／２を乗算した値を零相変調補正量として出力する補正量演算部と、前記整流器零相変調信号から前記零相変調補正量を減算し補正整流器零相変調信号を演算する減算器と、前記インバータ零相変調信号に前記零相変調補正量を加算し補正インバータ零相変調信号を演算する加算器と、前記整流器の電圧指令値に前記補正整流器零相変調信号を加算した整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行う整流器ＰＷＭ変調部と、前記インバータの電圧指令値に前記補正インバータ零相変調信号を加算したインバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行うインバータＰＷＭ変調部と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、その一態様として、前記調整ゲインを１とすることを特徴とする。
【００２１】
また、他の態様として、前記調整ゲインは可変であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力変換器の制御装置において、電力変換器に漏洩電流抑制用の回路を付加することなく、漏洩電流を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態におけるＰＷＭ制御部を示すブロック図。
【図２】実施形態における零相変調方式の各波形を示すタイムチャート。
【図３】ＣＶＣＦ電力変換器の回路および制御部を示すブロック図。
【図４】従来の零相変調方式の各波形を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本願発明における電力変換器の制御装置の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。
【００２５】
［実施形態］
本実施形態におけるＣＶＣＦの電力変換器、整流器制御部５、インバータ制御部６を、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）を例にして説明する。本実施形態では、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に基づいて説明するが、電力変換器、整流器制御部、インバータ制御部は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すものでなくても良い。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、ＣＶＣＦ電力変換器は、順変換器１と、逆変換器２と、を備える。
【００２７】
順変換器１は、半導体スイッチを有する整流器３と、リアクトルＬ１，Ｌ２と、フィルタコンデンサＣ１と、整流器制御部５と、を備える。順変換器１は、（三相）交流電源（図示省略）に接続され、半導体スイッチの高周波スイッチング動作によって、交流を直流に変換し、直流回路に出力する。また、直流回路は平滑コンデンサＣ２を有する。
【００２８】
逆変換器２は、半導体スイッチを有するインバータ４と、リアクトルＬ３と、フィルタコンデンサＣ３と、インバータ制御部６と、を備え、直流を交流に変換する。ＣＶＣＦ電力変換器は、通常、出力の電位を安定させるため、出力端はコンデンサＣ４を介して接地されている。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、整流器制御部５は、まず、直流リンク電圧制御部１１の減算器１２において、直流電圧指令値Ｖｄｃ（ｒｅｆ）と直流電圧検出値Ｖｄｃとの偏差を演算する。ＰＩ制御部１３は、この偏差に基づいてＰＩ演算を行い、直流電流指令値Ｉｄｃ（ｒｅｆ）を出力する。
【００３０】
移動平均部１４は、インバータ電流検出値Ｉｉｎｖの移動平均値を算出する。加算部１５は、直流電流指令値Ｉｄｃ（ｒｅｆ）とインバータ電流検出値Ｉｉｎｖの移動平均値を加算し、整流器電流指令値Ｉｒｅｃ（ｒｅｆ）として出力する。
【００３１】
整流器電流制御部１６の減算器１７は、整流器電流指令値Ｉｒｅｃ（ｒｅｆ）と整流器電流検出値Ｉｒｅｃとの偏差を演算する。ＰＩ制御部１８は、この偏差に基づいて、ＰＩ演算を行い、整流器の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｒｅｃとして整流器ＰＷＭ制御部１９に出力する。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように、インバータ制御部６は、まず、出力電圧制御部２１の減算器２２において、出力電圧指令値Ｖｏｕｔ（ｒｅｆ）と出力電圧検出値Ｖｏｕｔとの偏差を演算する。ＰＩ制御部２３は、この偏差に基づいてＰＩ制御を行う。加算器２４は、出力電圧検出値ＶｏｕｔとＰＩ制御部２３の出力を加算し、インバータの電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｉｎｖとして出力する。
【００３３】
本実施形態における整流器ＰＷＭ制御部１９、インバータＰＷＭ制御部２５を図１に示す。図１に示すように、整流器ＰＷＭ制御部１９の２相３相変換部３１ａにおいて、整流器の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｒｅｃを２相／３相変換する。整流器零相変調器３２ａによって整流器の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｒｅｃの３次の整数倍の高調波である整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃを生成する。インバータＰＷＭ制御部２５の２相３相変換部３１ｂにおいて、インバータの電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｉｎｖを２相／３相変換する。インバータ零相変調器３２ｂによってインバータの電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｉｎｖの３次の整数倍の高調波であるインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖを生成する。
【００３４】
次に、零相変調偏差補正部４０において、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖに基づいて、同一の零相変調信号となる補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊と補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊を生成する。零相変調偏差補正部４０は、補正量演算部４１と、減算器４２と、加算器４３と、を有する。
【００３５】
補正量演算部４１は、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖに基づいて、零相変調補正量ΔＶｚを演算する。零相変調補正量ΔＶｚは、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖとの偏差に、調整ゲインＧと１／２を乗算した値とする。
【００３６】
減算器４２において、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃから零相変調補正量ΔＶｚを減算し、補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊として加算器３３ａに出力する。加算器３３ａでは、整流器の電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｒｅｃに補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊を加算し、整流器ＰＷＭ変調信号として整流器ＰＷＭ変調部３４ａに出力する。整流器ＰＷＭ変調部３４ａでは、整流器ＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行い、整流器のゲート指令値Ｇａｔｅ（ＲＥＣ）として出力する。
【００３７】
加算器４３は、インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖに零相変調補正量ΔＶｚを加算し、補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊として加算器３３ｂに出力する。加算器３３ｂは、インバータの電圧指令値Ｖｒｅｆ＿ｉｎｖに補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊を加算し、インバータＰＷＭ変調信号としてインバータＰＷＭ変調部３４ｂに出力する。インバータＰＷＭ変調部３４ｂでは、インバータＰＷＭ変調信号に基づいてＰＷＭ制御を行い、インバータのゲート指令値Ｇａｔｅ（ＩＮＶ）として出力する。
【００３８】
整流器零相変調信号をＶｚ＿ｒｅｃ、インバータ零相変調信号をＶｚ＿ｉｎｖとし、調整ゲインＧを（０≦Ｇ≦１）とすると、零相変調補正量ΔＶｚは、以下の（１）式のように計算できる。
【００３９】
【数１】
2019037106.tif 000003
【００４０】
整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃから零相変調補正量ΔＶｚを減算し、以下の（２）式のように、補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊を演算する。
【００４１】
【数２】
2019037106.tif 000004
【００４２】
インバータの零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖに零相変調補正量ΔＶｚを加算し、以下の（３）式のように、補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊を演算する。
【００４３】
【数３】
2019037106.tif 000005
【００４４】
ここで、調整ゲインＧが１の場合、以下の（４）式のように、補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊と補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊は同じ値となる。
【００４５】
【数４】
2019037106.tif 000006
【００４６】
また、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖが同位相の場合、零相変調補正量ΔＶｚが０となり、以下の（５）式のように、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ，インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ，補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊，補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊が全て同じ値となる。
【００４７】
【数５】
2019037106.tif 000007
【００４８】
一方、整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖが逆位相の場合、零相変調補正量ΔＶｚが整流器の零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃとインバータの零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖと同じ絶対値となり、以下の（６）式に示すように、補正整流器零相変調信号Ｖｚ＿ｒｅｃ＊，補正インバータ零相変調信号Ｖｚ＿ｉｎｖ＊は０となる。
【００４９】
【数６】
2019037106.tif 000008
【００５０】
以上のように、整流器とインバータの位相偏差によらずに同一の零相電圧を重畳することができるため、零相電圧指令値の位相偏差による出力電圧誤差を抑制することができ、結果としてコモンモードの漏洩電流を抑制することができる。
【００５１】
調整ゲインＧを１とすることにより高調波電流（漏洩電流）を抑制することができるが、調整ゲインＧが大きい程、出力電圧が歪んでしまうという問題が生じる。特に、キャリア信号のピークトゥピークよりもＰＷＭ変調信号の振幅が大きくなってしまうと正常に電圧を出力できなくなる。
【００５２】
この整流器とインバータ間の零相変調信号の偏差による高調波電流（漏洩電流）と出力電圧の歪みはトレードオフの関係となる。そこで、調整ゲインＧを０から１の間で調整することにより、前記高調波電流（漏洩電流）と出力電圧の歪みのバランスをとることができる。
【００５３】
また、位相に応じて調整ゲインＧを可変とし、高調波電流（漏洩電流）が大きくなる位相では調整ゲインＧを大きくし、出力電圧の歪みが大きくなる位相で調整ゲインＧを小さくしても良い。
【００５４】
以上示したように、本実施形態によれば、図１に示すように、零相変調偏差補正部４０による補正によって、零相変調偏差は解消する。また、零相変調信号の重畳による変換器の電圧利用率をできる限り向上させる一方で、整流器３とインバータ４の電圧位相偏差によるコモンモード電流を抑制することができる。
【００５５】
また、漏洩電流抑制用の回路を付加する必要が無いため、部材や組立のコストの増加を抑制することが可能となる。  
【００５６】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５７】
１９…整流器ＰＷＭ制御部
２５…インバータＰＷＭ制御部
３１ａ，３１ｂ…２相３相変換器
３２ａ，３２ｂ…零相変調器
３３ａ，３３ｂ…加算器
３４ａ…整流器ＰＷＭ変調部
３４ｂ…インバータＰＷＭ変調部
４０…零相変調偏差補正部
４１…補正量演算部
４２…減算器
４３…加算器
【図１】
2019037106.tif 000009
【図２】
2019037106.tif 000010
【図３】
2019037106.tif 000011
【図４】
2019037106.tif 000012