(57)【要約】【課題】インバータ出力電圧の位相補償装置が提供される。【解決手段】電動機に電圧を供給するインバータ、インバータに指令電圧を提供する制御部、インバータの出力電圧を検出する電圧検出部を含むシステムで、インバータの出力電圧の位相を補正する本発明の装置は、指令電圧の大きさを決定する第１の決定部と、インバータ出力電圧の大きさを決定する第２の決定部と、指令電圧を第１の決定部の指令電圧で正規化し指令電圧の位相を三角関数で計算する第１の正規化部と、三角関数形式の指令電圧の位相を用いインバータ出力電圧を回転座標系に変換する第１の変換部と、回転座標系に変換されたインバータ出力電圧を第２の決定部の出力のインバータ出力電圧で正規化しインバータ出力電圧と指令電圧の位相誤差を三角関数で計算する第２の正規化部と、三角関数形式の位相誤差を用いてインバータ出力電圧を回転座標系に変換し補償電圧を出力する第２の変換部とを含む。【選択図】図３
2015089335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機に電圧を供給するインバータ、前記インバータに指令電圧を提供する制御部、及び前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出部を含むシステムにおける、前記インバータの出力電圧の位相を補正する装置であって、
前記指令電圧の大きさを決定する第１の決定部と、
前記インバータ出力電圧の大きさを決定する第２の決定部と、
前記指令電圧を前記第１の決定部の出力である前記指令電圧の大きさに正規化し、前記指令電圧の位相を三角関数の形式で計算する第１の正規化部と、
三角関数形式の前記指令電圧の位相を用いて前記インバータ出力電圧を回転座標系に変換する第１の変換部と、
回転座標系に変換された前記インバータ出力電圧を前記第２の決定部の出力である前記インバータ出力電圧の大きさに正規化し、前記インバータ出力電圧と前記指令電圧との位相誤差を三角関数の形式で計算する第２の正規化部と、
三角関数形式の前記位相誤差を用いて、前記インバータ出力電圧を回転座標系に変換し、補償電圧を出力する第２の変換部と、を含むことを特徴とする位相補償装置。
【請求項２】
前記電圧検出部から入力される前記電動機の線間電圧を停止座標系に変換する第３の変換部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の位相補償装置。
【請求項３】
前記第１の決定部は、
入力される静止座標系の２変数である前記指令電圧をそれぞれ二乗演算する第１及び第２の演算部と、
前記第１及び第２の演算部の出力を加算する第１の加算部と、
前記第１の加算部の出力の平方根を演算する第３の演算部と、を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位相補償装置。
【請求項４】
前記第２の決定部は、
入力される静止座標系の２変数である前記インバータ出力電圧をそれぞれ二乗演算する第４及び第５の演算部と、
前記第４及び第５の演算部の出力を加算する第２の加算部と、
前記第２の加算部の出力の平方根を演算する第３の演算部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の位相補償装置。
【請求項５】
前記第１の変換部の出力は、
前記インバータ出力電圧を指令電圧の各基準座標系の同期座標系に投影したベクトルであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の位相補償装置。
【請求項６】
前記第２の変換部の出力である前記補償電圧は、
その大きさは、前記インバータ出力電圧の大きさと同一であり、その位相は、前記指令電圧の位相と同相であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の位相補償装置。
【請求項７】
前記第２の変換部の出力は、
前記制御部に提供され、前記インバータの指令電圧に提供されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の位相補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相補償装置に関し、より詳しくは、インバータ出力電圧の位相を補償する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界的に、全エネルギー源の約３０％は電気エネルギー、すなわち電力を発生するのに用いられている。通常、電力は、発電所で５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数の交流電圧に生産され、電気エネルギーを用いるために電流または電圧の大きさ、周波数、位相などを変換する。変換された電気エネルギーは、最終的に、負荷で光、熱、動力や情報を有する信号などに用いられる。このように電力を制御して変換する機能を有する装置を電力変換装置（ｐｏｗｅｒ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）という。電力変換装置の例として、交流を直流に変換する整流器（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、直流を所望の大きさと周波数の交流に変換するインバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）などがある。
【０００３】
初期のインバータ回路において、制御システムは、トランジスタ、ダイオードなどの基本的な電子回路素子を用いてアナログ回路で構成されたが、現在は、１つまたは複数のデジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＤＳＰ）によって構成される。
【０００４】
このようなデジタルシステムは、離散的な時間（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｔｉｍｅ）で動作するため、１サンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）以上の時間遅延（ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ）が不可避である。インバータ出力電圧検出回路のような測定装置を用いる場合に、アナログ−デジタル変換（ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎと；ＡＤＣ）、サンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）、読み取り／書き込み（ｒｅａｄ／  ｗｒｉｔｅ）のような時間遅延要素が発生する。これは、インバータ出力電圧の検出時、性能を阻害する要因となる。
【０００５】
一方、このような電圧測定装置がアナログシステムで構成される場合には、電圧検出に用いられるフィルタの時定数によって遅延される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、インバータ指令電圧の位相を用いて、インバータ出力電圧測定部で測定された電圧の時間遅延によって発生する誤差を減らす、位相補償装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような技術的課題を解決するために、電動機に電圧を供給するインバータ、前記インバータに指令電圧を提供する制御部、及び前記インバータの出力電圧を検出する電圧検出部を含むシステムにおける、前記インバータの出力電圧の位相を補正する本発明の装置は、前記指令電圧の大きさを決定する第１の決定部と、前記インバータ出力電圧の大きさを決定する第２の決定部と、前記指令電圧を前記第１の決定部の出力である前記指令電圧の大きさに正規化し、前記指令電圧の位相を三角関数の形式で計算する第１の正規化部と、三角関数形式の前記指令電圧の位相を用いて前記インバータ出力電圧を回転座標系に変換する第１の変換部と、回転座標系に変換された前記インバータ出力電圧を前記第２の決定部の出力である前記インバータ出力電圧の大きさに正規化し、前記インバータ出力電圧と前記指令電圧との位相誤差を三角関数の形式で計算する第２の正規化部と、及び三角関数形式の前記位相誤差を用いて、前記インバータ出力電圧を回転座標系に変換し、補償電圧を出力する第２の変換部と、を含む。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記位相補償装置は、前記電圧検出部から入力される前記電動機の線間電圧を停止座標系に変換する第３の変換部をさらに含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記第１の決定部は、入力される静止座標系の２変数である前記指令電圧をそれぞれ二乗演算する第１及び第２の演算部と、前記第１及び第２の演算部の出力を加算する第１の加算部と、及び前記第１の加算部の出力の平方根を演算する第３の演算部と、を含む。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記第２の決定部は、入力される静止座標系の２変数である前記インバータ出力電圧をそれぞれ二乗演算する第４及び第５の演算部と、前記第４及び第５の演算部の出力を加算する第２の加算部と、及び前記第２の加算部の出力の平方根を演算する第３の演算部と、を含む。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記第１の変換部の出力は、前記インバータ出力電圧を指令電圧の各基準座標系の同期座標系に投影したベクトルである。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第２の変換部の出力は、位相が補償された電圧であり、補償された電圧の大きさは、前記インバータ出力電圧の大きさと同一であり、補償された電圧の位相は、前記指令電圧の位相と同相である。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記第２の変換部の出力である前記補償電圧は、その大きさは、前記インバータ出力電圧の大きさと同一であり、その位相は、前記指令電圧の位相と同相である。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような本発明は、インバータ出力電圧検出部の測定電圧の時間遅延を補償して、インバータの性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の電力変換システムの構成図である。
【図２】図１の電圧検出部の動作を説明するためのタイミング図である。
【図３】本発明に係る出力電圧位相補償装置の一実施形態の構成図である。
【図４】図３の第１及び第２の電圧大きさ決定部の一実施形態の詳細構成図である。
【図５】図３の入出力間の座標変換を説明するための一例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、様々な変更を加えることができ、種々の実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
【００１７】
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明が適用されるインバータシステムの構成図である。
【００１９】
図に示すように、本発明が適用されるインバータシステムは、電源部１、インバータ２、電動機３、電圧検出部４、本発明の位相補償装置５、及び制御部６を含む。
【００２０】
まず、本発明の位相補償装置５が提供されていない場合のインバータシステムの動作を説明する。
【００２１】
図１のようなインバータシステムにおいて、電源部１から３相の交流源が印加されると、インバータ２は、内部の電力用半導体のスイッチングを介して交流電圧の大きさと周波数を変換して、電動機３に供給する。
【００２２】
通常、インバータ２は、出力電圧の大きさと周波数を制御部６の制御によって可変するが、この出力電圧は、デッドタイム（ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）のような非線形要素の影響で歪曲され、制御部６で使用する出力電圧情報に誤差を発生させる。
【００２３】
電圧検出部４は、電動機３に印加される線間電圧を測定し、誤差を発生する非線形要素を含む出力電圧情報を制御部６に伝達して、出力電圧情報の誤差を低減する。
【００２４】
図２は、図１の電圧検出部の動作を説明するためのタイミング図であって、電圧検出部４が積分器を含む場合を示す。
【００２５】
図２において、２Ａは、インバータの電圧指令の発生区間を示す。２Ｃは、インバータ２のパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）出力電圧であり、２Ａで発生した電圧指令に対する出力である。２Ｄは、Ａ／  Ｄ変換及び書き込み動作区間であり、２Ｅは、出力電圧情報信号を読み取り、電動機３の駆動のために測定された電圧情報を用いる区間である。
【００２６】
２Ｃの出力電圧は、２Ｂ区間で積分され、２Ｄ区間でＡ／Ｄ変換及び書き込み動作を通じて２Ｅ区間で測定された電圧情報を読み取り、使用する。このように、電圧検出部４は、サンプリング時間、読み取り、書き込み動作で発生する時間遅延要素を有する。測定された電圧は、２Ａ区間で発生する電圧指令に比べて、２Ｅ区間で使用されるため、４Ｔｃ遅延される。
【００２７】
一方、電圧検出部４が、アナログ回路で構成される場合には、電圧検出に用いられるフィルタの時定数によって遅延される。
【００２８】
図３は、本発明に係る出力電圧位相補償装置の一実施形態の構成図であり、図１のように、インバータシステムに提供されるものである。
【００２９】
図に示すように、本発明の位相補償装置５は、変換部１０、第１の電圧大きさ決定部２０、第２の電圧大きさ決定部３０、第１の座標変換部４０、第２の座標変換部５０、並びに、第１及び第２の正規化部６０，７０を含む。
【００３０】
【数１】
2015089335.tif 000003
【００３１】
【数２】
2015089335.tif 000004
【００３２】
第１の電圧大きさ決定部２０は、停止座標系であるインバータ指令電圧の電圧大きさを決定し、第２の電圧大きさ決定部３０は、停止座標系である電圧検出部４で測定された電圧（すなわち、変換部１０の出力）の電圧大きさを決定することができる。
【００３３】
第１及び第２の座標変換部４０，５０は、それぞれ、入力される静止座標系の変数を回転座標系に変換する。
【００３４】
以下、図３の位相補償装置の動作を説明する。
【００３５】
【数３】
2015089335.tif 000005
【００３６】
この際、指令電圧は、図１の制御部６から入力され、測定電圧は、電圧検出部４によって測定され、図３の変換部１０の座標変換によってｄ、ｑ軸の電圧に決定されることである。
【００３７】
測定電圧が出力線間電圧である場合、変換部１０の動作は、次の式によって行われる。
【００３８】
【数４】
2015089335.tif 000006
【００３９】
【数５】
2015089335.tif 000007
【００４０】
【数６】
2015089335.tif 000008
【００４１】
【数７】
2015089335.tif 000009
【００４２】
【数８】
2015089335.tif 000010
【００４３】
図４は、図３の第１及び第２の電圧大きさ決定部の一実施形態の詳細構成図であって、第１の電圧大きさ決定部２０について説明するが、第２の電圧大きさ決定部３０もまた、同様の構成を有することになる。また、説明の便宜のため、図２では、入力される信号において、添え字の「ｒｅｆ」と「ｓｅｎｓｉｎｇ」を省略しているが、図３に適用される場合、その添え字が追加されることは自明である。
【００４４】
図に示すように、本発明の第１の電圧大きさ決定部２０は、二乗演算部２１，２２、加算部２３、及び平方根演算部２４を含み、入力される９０度の位相差を有する静止座標系のｄとｑ軸の変数を二乗演算部２１，２２がそれぞれ二乗すると、これを加算部２３が加算し、平方根演算部２４は、加算部２３の出力の平方根を求め、入力電圧の大きさを計算する。計算された電圧大きさは、第１の正規化部６０が、第１及び第２の座標変換部４０，５０で用いられる三角関数の大きさを「１」に正規化するために使用される。
【００４５】
【数９】
2015089335.tif 000011
【００４６】
【数１０】
2015089335.tif 000012
【００４７】
【数１１】
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【００４８】
【数１２】
2015089335.tif 000014
【００４９】
上記数式６及び数式７によって計算された三角関数は、図３の第１の座標変換部４０の座標変換に用いられる。つまり、第１の座標変換部４０は、第１の正規化部６０の出力と、変換部１０の出力を受信し、変換部１０の出力を停止座標系から回転座標系に変換する。
【００５０】
【数１３】
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【００５１】
【数１４】
2015089335.tif 000016
【００５２】
図５は、図３の入出力間の座標変換を説明するための一例示図である。
【００５３】
【数１５】
2015089335.tif 000017
【００５４】
【数１６】
2015089335.tif 000018
【００５５】
【数１７】
2015089335.tif 000019
【００５６】
【数１８】
2015089335.tif 000020
【００５７】
第２の正規化部７０の出力は、第２の座標変換部５０の座標変換に用いられる。第２の座標変換部５０は、第２の正規化部７０の出力と、変換部１０の出力を受信し、変換部１０の出力を次の数式のように静止座標系から回転座標系に変換する。
【００５８】
【数１９】
2015089335.tif 000021
【００５９】
【数２０】
2015089335.tif 000022
【００６０】
数式１２及び数式１３で計算された電圧は、本発明によって位相が補償された電圧であり、図５に該当する。補償された電圧の大きさは、電圧検出部４が測定した電圧の大きさと同一であり、位相は、指令電圧の位相と同相（ｉｎ‐ｐｈａｓｅ）である。補償された測定電圧は、時間遅延要素によって発生する位相誤差を有さず、制御部６は、指令電圧を、本発明の補償電圧に代替して、インバータ２に提供することができる。
【００６１】
このように、本発明は、電圧検出部４が検出されたインバータ２の出力電圧に対する時間遅延を補償する。本発明の位相補償では、別の三角関数が要求されず、指令電圧と測定電圧の大きさと、座標変換を通じて実現することができる。
【００６２】
補償された電圧の位相は、指令電圧によって決定され、電圧の大きさは、電圧検出部４の測定電圧によって決定される。
【００６３】
補償された電圧情報は、デッドタイム（ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）のような非線形要素を含む正確なインバータ２の出力電圧情報であり、これによって、インバータの性能を向上することができる。
【００６４】
以上、本発明に係る実施例を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施例が可能であることを理解することができるだろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定められるべきである。
【符号の説明】
【００６５】
１    電源部
２    インバータ
３    電動機
４    電圧検出部
５    位相補償装置
６    制御部
１０    変換部
２０，３０    電圧大きさ決定部
４０，５０    座標変換部
６０，７０    正規化部
【図１】
2015089335.tif 000023
【図２】
2015089335.tif 000024
【図３】
2015089335.tif 000025
【図４】
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【図５】
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