(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータの交流出力電圧のオフセット電圧を補償するオフセット補償装置を提供する。【解決手段】インバータ部の交流電圧検出値が入力れ、かつ、負荷としての誘導電動機Ｍの速度リプルの周期よりも長い時定数Ｔを有するフィルタ手段７１，７２と、インバータ部の交流電圧検出値からフィルタ手段７１，７２の出力をそれぞれ減算する減算手段７３，７４と、を備え、誘導電動機Ｍの極低速運転時を除く期間にフィルタ手段７１，７２の動作を有効としてオフセット補償動作を行う。オフセット補償動作の開始時点から一定時間は第１の時定数Ｔ１をフィルタ手段７１，７２に設定し、その後にＴ１より長い第２の時定数Ｔ２に切り替える。これにより、高精度かつ高価な電圧検出器を不要とし、インバータ部の煩雑なスイッチングを行わずにオフセット電圧を自動的に補償する。【選択図】図２
2015008562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器の交流電圧検出値に含まれるオフセット電圧を除去するオフセット補償装置において、
前記交流電圧検出値が入力され、かつ、前記電力変換器の負荷の速度リプルの周期よりも長い時定数により入力信号を平準化するフィルタ手段と、
前記交流電圧検出値から前記フィルタ手段の出力を減算する減算手段と、
を備え、
前記電力変換器の前記負荷の極低速運転時を除く期間に前記フィルタ手段の動作を有効としてオフセット補償動作を行うことを特徴とするオフセット補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載したオフセット補償装置において、
前記時定数として、第１の時定数と、前記第１の時定数より長い第２の時定数と、を備え、
オフセット補償動作の開始時点から一定時間は前記第１の時定数を前記フィルタ手段に設定し、前記一定時間経過後に、前記第２の時定数を前記第１の時定数に代えて前記フィルタ手段に設定することを特徴とするオフセット補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば速度センサレスベクトル制御により誘導電動機を駆動する際に、インバータの交流出力電圧のオフセット電圧を補償するオフセット補償装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる速度センサレスベクトル制御による誘導電動機の駆動システムでは、電圧検出器によりインバータの交流電圧を検出してその電圧検出値から電動機の速度を推定することが行われる。ここで、電圧検出器は、その製造初期にオフセット電圧を零調整したうえでインバータの出力側に取り付けられているが、温度変化や電圧検出器の経年劣化によって電圧検出値にオフセット電圧が重畳されると、速度推定値にリプルが現れ、電動機の速度振動や機械的振動、ギア鳴り等の不具合を生じることがある。
【０００３】
これらの不都合を解消するためには、電圧検出器に、温度変化等の影響を受けない高精度の部品を用いることが考えられるが、その場合には電圧検出器やシステム全体のコストの上昇が避けられない。
そこで、低コストにてオフセット電圧を補償するようにした従来技術が、例えば特許文献１により提案されている。
【０００４】
この従来技術は、インバータの全出力相から直流回路の負極電位を同時に出力した状態で、電圧検出器により各相出力電圧を検出して各相のオフセット電圧を求め、次に、インバータの全出力相から正極電位を同時に出力した状態で電圧検出器により各相出力電圧を検出し、これらの出力電圧検出値から、先に求めた各相のオフセット電圧をそれぞれ減算してオフセット電圧を補償するものである。
更にこの従来技術では、オフセット電圧を補償した後の電圧（オフセット補償電圧）と所定の基準電圧との比から各相のゲイン補正値を求め、このゲイン補正値を各相の出力電圧検出値に乗算することにより、電圧検出器のゲイン補償を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９-２５４０９３号公報（段落［００１８］〜［００２２］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された従来技術によれば、温度特性に優れた高精度かつ高価な部品を電圧検出器に用いなくても、オフセット電圧を補償することが可能である。
しかし、オフセット電圧を補償するためには、インバータの全相の下アーム及び上アームの半導体スイッチング素子を順にオンさせる操作や出力電圧の検出動作が必要であり、これらに多くの手間を必要としていた。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、簡単な構成及び操作によってオフセット電圧を補償可能としたオフセット補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力変換器の交流電圧検出値に含まれるオフセット電圧を除去するオフセット補償装置において、
前記交流電圧検出値が入力され、かつ、前記電力変換器の負荷の速度リプルの周期よりも長い時定数により入力信号を平準化するフィルタ手段と、前記交流電圧検出値から前記フィルタ手段の出力を減算する減算手段と、を備え、
前記電力変換器の前記負荷の極低速運転時を除く期間に前記フィルタ手段の動作を有効としてオフセット補償動作を行うものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載したオフセット補償装置において、
前記時定数として、第１の時定数と、前記第１の時定数より長い第２の時定数と、を備え、オフセット補償動作の開始時点から一定時間は前記第１の時定数を前記フィルタ手段に設定し、前記一定時間経過後に、前記第２の時定数を前記第１の時定数に代えて前記フィルタ手段に設定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電力変換器の交流電圧検出値に含まれるオフセット電圧を、フィルタ手段及び減算手段等の作用により打ち消すことができる。特に、従来技術のように電力変換器の半導体スイッチング素子をオン・オフさせることなく、負荷を運転したままの状態で自動的かつ簡単にオフセット補償を行うことができる。
また、高精度かつ高価な部品を使用した電圧検出器が不要であるため、低コストにて実現可能である等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態が適用される電動機駆動システムの回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るオフセット補償装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態が適用される電動機駆動システムの回路図であり、いわゆる速度センサレスベクトル制御を用いた誘導電動機の駆動システムを示している。
【００１３】
図１において、１０は交流電源（商用電源）に接続された変圧器、２０はダイオードＤ１〜Ｄ６からなる整流回路、３０は整流回路２０の直流出力側に接続された平滑コンデンサ、４０は、平滑コンデンサ３０の両端に接続され、かつ還流ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなるインバータ部、５０はインバータ部４０の交流出力側に接続された電圧検出器、６０は電圧検出器５０の出力信号からＵ相出力電圧Ｖｕ及びＷ相出力電圧Ｖｗを演算する出力電圧演算回路、Ｍは誘導電動機である。
【００１４】
次に、図２は、この実施形態に係るオフセット補償装置の構成図である。
図２において、出力電圧演算回路６０から出力されたＵ相出力電圧Ｖｕは減算手段７３及びフィルタ手段７１に入力されており、減算手段７３において元のＵ相出力電圧Ｖｕからフィルタ手段７１の出力信号を差し引くことにより、オフセット電圧を補償したＵ相出力電圧Ｖｕ’が得られ、このＵ相出力電圧Ｖｕ’が速度推定演算部８０に入力される。
同様に、出力電圧演算回路６０から出力されたＷ相出力電圧Ｖｗは減算手段７４及びフィルタ手段７２に入力されており、減算手段７４において元のＷ相出力電圧Ｖｗからフィルタ手段７２の出力信号を差し引くことにより、オフセット電圧を補償したＷ相出力電圧Ｖｗ’ が得られ、このＷ相出力電圧Ｖｗ’が速度推定演算部８０に入力される。
【００１５】
速度推定演算部８０は、Ｕ相出力電圧Ｖｕ’，Ｗ相出力電圧Ｖｗ’及びこれらの電圧Ｖｕ’，Ｖｗ’から演算したＶ相出力電圧Ｖｖ’を用いて、誘導電動機Ｍの速度推定演算を行う。
誘導電動機Ｍの速度推定方法としては、例えば、インバータの三相出力電圧検出値を二相量に変換して誘起電圧を求め、この誘起電圧に基づいて速度を推定する方法（特許第５１１５６８７号公報等を参照）が知られているが、速度推定方法自体は本発明の要旨ではないため、ここでは説明を省略する。
【００１６】
さて、図２におけるフィルタ手段７１，７２は、例えばローパスフィルタにより構成されており、入力信号を比較的長い時定数Ｔにより平準化（平均化）して出力する。ここで、時定数Ｔは、例えば電圧検出器５０のオフセット電圧に起因する誘導電動機Ｍの速度リプルの周期よりも十分長い値である。
【００１７】
上記の時定数Ｔについては、時定数切替スイッチ手段７６によって第１の時定数Ｔ１と第２の時定数Ｔ２とを切り替えて選択することができ、第２の時定数Ｔ２の方が第１の時定数Ｔ１よりも長く（Ｔ１＜Ｔ２）設定されている。ここで、スイッチ手段７６による時定数の切り替えは、例えば、オフセット補償動作の開始当初には第１の時定数Ｔ１を選択し、一定時間経過後に第２の時定数Ｔ２に切り替えれば良い。
【００１８】
次に、この実施形態の動作を説明する。
まず、オフセット補償動作を行う場合には、フィルタ有効スイッチ手段７５をオンする。そして、時定数切替スイッチ手段７６によって第１の時定数Ｔ１をフィルタ手段７１，７２に設定する。この第１の時定数Ｔ１は第２の時定数Ｔ２よりも短いが、時定数Ｔ自体が比較的長いので、各フィルタ手段７１，７２に入力されるＵ相出力電圧Ｖｕ，Ｗ相出力電圧Ｖｗは平準化されてオフセット成分（直流成分）のみがそれぞれ出力される。
このため、減算手段７３，７４からは、元のＵ相出力電圧Ｖｕ及びＷ相出力電圧Ｖｗからオフセット成分をそれぞれ差し引いたＵ相出力電圧Ｖｕ’及びＷ相出力電圧Ｖｗ’を得ることができる。
【００１９】
オフセット補償動作の開始直後は、上記のように第１の時定数Ｔ１を選択することで、Ｕ相出力電圧Ｖｕ’及びＷ相出力電圧Ｖｗ’の収束を早め、開始時点から一定時間が経過して各電圧Ｖｕ’，Ｖｗ’が収束した後は、安定性を重視して、時定数切替スイッチ手段７６の操作により、第１の時定数Ｔ１より長い第２の時定数Ｔ１に切り替えてフィルタ手段７１，７２に設定することが望ましい。なお、オフセット補償動作の開始直後から第２の時定数Ｔ１を選択してフィルタ手段７１，７２に設定しても良い。
また、上記のオフセット補償動作は、フィルタ有効スイッチ手段７５をオンすることで実現されるものであり、誘導電動機Ｍの極低速運転時を除いて、誘導電動機Ｍの回転中に自動的に実行可能である。
【００２０】
図２におけるフィルタ手段７１，７２、減算手段７３，７４及びスイッチ手段７５，７６の機能はソフトウェアによって実現可能であり、その場合には、速度センサレスベクトル制御による既存の駆動システムにハードウェアを追加することなく、本実施形態のオフセット補償装置を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、速度センサレスベクトル制御による誘導電動機の駆動システムに限らず、電力変換器の交流電圧検出値に含まれるオフセット電圧を除去して真の交流電圧検出値を得るためのオフセット補償装置として、各種の用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１０：変圧器
２０：整流回路
３０：平滑コンデンサ
４０：インバータ部
５０：電圧検出器
６０：出力電圧演算回路
７１，７２：フィルタ手段
７３，７４：減算手段
７５：フィルタ有効スイッチ手段
７６：時定数切替スイッチ手段
８０：速度推定演算部
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
Ｑ１〜Ｑ６：半導体スイッチング素子
Ｍ：誘導電動機
【図１】
2015008562.tif 000003
【図２】
2015008562.tif 000004