(57)【要約】  同期制御部３は、第１の開閉スイッチＳ１を「開」、第２の開閉スイッチＳ２を「閉」として、電力変換器ＩＮＶをＶ／ｆ制御で運転する。商用同期電流制御部４は、第１の開閉スイッチＳ１を「開」、第２の開閉スイッチＳ２を「閉」として、モータＭの回転速度が所定値に到達するまでは電力変換器ＩＮＶをＶ／ｆ制御で運転し、モータＭの回転速度が所定値に到達した後は、電力変換器ＩＮＶを電流センサ２が検出した電流検出値に基づいた電流制御に変更する。その後、第１の開閉スイッチＳ１を「閉」にして、電力変換器ＩＮＶと商用電源１の両方からモータＭに給電し、その後、第２の開閉スイッチＳ２を「開」として、商用電源１からモータＭへ給電する。これにより、電力変換器の同期制御装置において、より精度よく電流制御を行い、安定して電力変換器駆動から商用電源駆動に移行させる。
2016143481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源とモータとの間に接続された第１の開閉スイッチと、
前記第１の開閉スイッチに対して並列に接続された電力変換器と交流リアクトルと第２の開閉スイッチとを有する直列回路と、
モータの始動時から商用電源の出力電圧と電力変換器の出力電圧が同期するまで電力変換器を制御する同期制御部と、
商用電源の出力電圧と電力変換器の出力電圧が同期した後に、電力変換器を制御する商用同期電流制御部と、を備え、
前記同期制御部による電力変換器の制御から前記商用同期電流制御部による電力変換器の制御へ切り換える電力変換器の同期制御装置であって、
前記同期制御部は、前記第１の開閉スイッチを「開」、前記第２の開閉スイッチを「閉」として、電力変換器をＶ／ｆ制御で運転し、
前記商用同期電流制御部は、
前記同期制御部による電力変換器の制御からの切り換え直後は、前記第１の開閉スイッチを「開」、前記第２の開閉スイッチを「閉」として、電力変換器をＶ／ｆ制御で運転し、その後、電力変換器を電力変換器の出力の電流検出値に基づいた電流制御に変更し、
その後、第１の開閉スイッチを「閉」にして、電力変換器と商用電源の両方からモータに給電し、その後、第２の開閉スイッチを「開」として、商用電源からモータへ給電する電力変換器の同期制御装置。
【請求項２】
前記商用同期電流制御部は、
商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、
Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、
ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、
商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、
を備えた請求項１記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項３】
前記商用同期電流制御部は、
商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、
Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、
商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を三相電流指令値に変換する二相三相変換部と、
三相電流検出値と三相電流指令値との偏差に基づいて、三相電圧指令値を出力する電流制御部と、
を備えた請求項１記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項４】
前記商用同期電流制御部は、
商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、
Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、
ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値から、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｑ軸電流検出値とを乗算した値を減算して最終ｄ軸電圧指令値として出力し、前記ｑ軸電圧指令値に、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｄ軸電流検出値とを乗算した値を加算して最終ｑ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、
商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、
を備えた請求項１記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項５】
前記商用同期電流制御部は、
商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、
Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、
ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値から、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｑ軸電流指令値とを乗算した値を減算して最終ｄ軸電圧指令値として出力し、前記ｑ軸電圧指令値に、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｄ軸電流指令値とを乗算した値を加算して最終ｑ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、
商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、
を備えた請求項１記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項６】
前記商用同期電流制御部は、
商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、
Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、
ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、
交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分と商用同期時の負荷運転状況の電流値とを乗算して電圧降下補償値を演算し、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値に基づいてθｃｏｍｐ＝ｔａｎ-1（ｄ軸電流指令値／ｑ軸電流指令値）を演算し、前記電圧降下補償値とｓｉｎ（θｃｏｍｐ）とを乗算して、ｄ軸電圧降下補償成分を演算し、前記電圧降下補償値とｃｏｓ（θｃｏｍｐ）とを乗算して、ｑ軸電圧降下補償成分を演算し、ｄ軸電圧指令値からｄ軸電圧降下補償成分を減算して最終ｑ軸電圧指令値として出力し、ｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧降下補償成分とを加算し、最終ｄ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、
商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、
を備え、前記商用同期時の負荷運転状況の電流値と角周波数成分のうち少なくとも何れか一方を固定値とする請求項１記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項７】
前記出力電圧誤差補償部は、
前記ｑ軸電流検出値の絶対値または前記ｑ軸電流指令値の絶対値が所定値以下の場合０とする請求項４〜６記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項８】
ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値と最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値とを入力し、Ｖ／ｆ制御時最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値とを二相三相変換部に出力し、電流制御時ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを二相三相変換部に出力する切替スイッチを有する請求項４〜７のうち何れか１項に記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項９】
前記商用同期電流制御部は、
前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値の高周波成分を除去し、前記切換スイッチに出力するローパスフィルタを備えた請求項２〜６のうち何れか１項に記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項１０】
前記商用同期電流制御部は、
電流制御に切り換わってから所定時間後、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を減衰する請求項２〜７のうち何れかに記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項１１】
前記商用同期電流制御部は、
ｑ軸電流指令値を０に減衰させてから、ｄ軸電流指令値を０に減衰させる請求項１０記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項１２】
前記商用同期電流制御部は、
電力変換器の出力電圧位相と商用電源の出力電圧位相との間に誤差がある場合、前記商用電源の位相情報を電力変換器の出力電圧位相から商用電源の出力電圧位相に徐々に変化させる請求項２〜９のうち何れかに１項に記載の電力変換器の同期制御装置。
【請求項１３】
前記二相三相変換部は、
Ｖ／ｆ制御時に、電力変換器の出力電圧位相に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
電流制御時に、商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、
前記三相二相変換部は、
Ｖ／ｆ制御時に、電力変換器の出力電圧位相に基づいて、三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換し、
電流制御時に、商用電源の位相情報に基づいて、三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換する請求項２〜１２のうち何れか１項に記載の電力変換器の同期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源で電動機（以下、モータと称する）を駆動させるために、電力変換器を用いてモータを始動し、電力変換器と商用電源とを同期させ、電力変換器駆動から商用電源駆動へと切り換える制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを商用電源で駆動させる場合、直入れ始動（全電圧始動）を行うと始動操作は容易であるが、始動トルクがモータ定格の２００％〜３００％、始動電流がモータ定格電流の６００％〜８００％と大きいため、始動電流に見合った大きな商用電源の容量が必要となる。【０００３】
商用電源の容量を小さくするために、交流を直流に変換する順変換部と直流を交流に変換する逆変換部を備える電力変換器（以下、インバータＩＮＶと記す。）でモータを始動させ、インバータＩＮＶの出力を商用電源と同期させる方式がある。【０００４】
インバータＩＮＶは出力電圧または出力電流を制御する機能を持つ。したがって、インバータＩＮＶを用いる方式では、始動電流を上記の直入れ始動時よりも低い電流値に抑制できるため、商用電源の容量は小さくともよい。【０００５】
インバータＩＮＶでモータを始動させる場合には、インバータＩＮＶの出力周波数、出力電圧を商用電源の出力周波数・出力電圧と同期させ、インバータＩＮＶ駆動から商用電源駆動に切り換える。図１に示す電力変換器の同期制御装置の概略図に基づいてその動作を説明する。【０００６】
モータ始動時は、商用電源１用の開閉スイッチＳ１をＯＦＦ、インバータＩＮＶ用の開閉スイッチＳ２をＯＮにしてインバータＩＮＶを運転し、インバータＩＮＶからモータＭへ給電する。インバータＩＮＶからの給電によりモータＭの回転速度が上昇する。【０００７】
その後、モータＭの回転速度が所定の速度に到達した後、商用電源１用の開閉スイッチＳ１をＯＮ、インバータＩＮＶ用の開閉スイッチＳ２をＯＦＦに切り換えて、商用電源１からモータＭへ給電する。【０００８】
インバータＩＮＶ駆動から商用電源１駆動への切換時に、商用電源１とインバータＩＮＶ出力との同期が取れていない場合には、インバータＩＮＶが過電流や過電圧により故障停止してしまい、切り換えることができない恐れがある。そのため、商用電源１の出力電圧とインバータＩＮＶの出力電圧との同期は高精度で行う必要がある。【０００９】
関連技術である特許文献１，特許文献２の切換方式を簡単に説明する。一度、インバータＩＮＶの出力電圧における周波数を商用電源１の出力電圧における周波数に一致させてから、位相調整を行う。位相調整後にインバータＩＮＶの出力電圧が商用電源１の出力電圧と同期したと判定したら、インバータＩＮＶの出力電圧と商用電源１の出力電圧とをオーバーラップさせ、商用電源１駆動に切り換える。【００１０】
図１６は、周波数が一致した段階でインバータＩＮＶの出力電圧ベクトル（位相）が、商用電源１の出力電圧ベクトルに対し進んでいる場合について示している。位相調整のための周波数変更手段は種々考えられるが、本質として位相調整期間が必要となる。【００１１】
しかしながら、インバータＩＮＶの出力電圧と商用電源１の出力電圧とのオーバーラップ時は位相が同期した状態で切り換えるが、制御上の誤差があり実際の位相とずれていた場合には、インバータＩＮＶの出力電圧位相と商用電源１の出力電圧位相との位相差が許容値を超過して、後述の横流が流れやすくなる。そのため、過電流や過電圧が発生し、インバータＩＮＶが故障停止する恐れがある。【００１２】
この課題を解決した先行技術が、特許文献１である。しかし、特許文献１は、切換動作時にインバータＩＮＶの電流制御を直接行っていないため、過電流抑制の効果が不十分であるという問題点がある。【００１３】
以上示したようなことから、電力変換器の同期制御装置において、より精度よく電流制御を行い、安定して電力変換器駆動から商用電源駆動に移行することが課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１４９１３６号公報
【特許文献２】特開２００７−２２８７３８号公報
【特許文献３】特開２００６−１４９１３６号公報
【発明の概要】
【００１５】
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、商用電源とモータとの間に接続された第１の開閉スイッチと、前記第１の開閉スイッチに対して並列に接続された電力変換器と交流リアクトルと第２の開閉スイッチとを有する直列回路と、モータの始動時から商用電源の出力電圧と電力変換器の出力電圧が同期するまで電力変換器を制御する同期制御部と、商用電源の出力電圧と電力変換器の出力電圧が同期した後に、電力変換器を制御する商用同期電流制御部と、を備え、前記同期制御部による電力変換器の制御から前記商用同期電流制御部による電力変換器の制御へ切り換える電力変換器の同期制御装置であって、前記同期制御部は、前記第１の開閉スイッチを「開」、前記第２の開閉スイッチを「閉」として、電力変換器をＶ／ｆ制御で運転し、前記商用同期電流制御部は、前記同期制御部による電力変換器の制御からの切り換え直後は、前記第１の開閉スイッチを「開」、前記第２の開閉スイッチを「閉」として、電力変換器をＶ／ｆ制御で運転し、その後、電力変換器を電力変換器の出力の電流検出値に基づいた電流制御に変更し、その後、第１の開閉スイッチを「閉」にして、電力変換器と商用電源の両方からモータに給電し、その後、第２の開閉スイッチを「開」として、商用電源からモータへ給電することを特徴とする。
【００１６】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を三相電流指令値に変換する二相三相変換部と、三相電流検出値と三相電流指令値との偏差に基づいて、三相電圧指令値を出力する電流制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値から、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｑ軸電流検出値とを乗算した値を減算して最終ｄ軸電圧指令値として出力し、前記ｑ軸電圧指令値に、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｄ軸電流検出値とを乗算した値を加算して最終ｑ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値から、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｑ軸電流指令値とを乗算した値を減算して最終ｄ軸電圧指令値として出力し、前記ｑ軸電圧指令値に、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分とｄ軸電流指令値とを乗算した値を加算して最終ｑ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、商用電源の位相情報に基づいて、電力変換器出力の三相電流検出値をｄ軸電流検出値，ｑ軸電流検出値に変換する三相二相変換部と、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値をｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値として出力する切換スイッチと、ｄ軸電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差、ｑ軸電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを出力する電流制御部と、交流リアクトルのインダクタンス値と角周波数成分と商用同期時の負荷運転状況の電流値とを乗算して電圧降下補償値を演算し、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値に基づいてθｃｏｍｐ＝ｔａｎ-1（ｄ軸電流指令値／ｑ軸電流指令値）を演算し、前記電圧降下補償値とｓｉｎ（θｃｏｍｐ）とを乗算して、ｄ軸電圧降下補償成分を演算し、前記電圧降下補償値とｃｏｓ（θｃｏｍｐ）とを乗算して、ｑ軸電圧降下補償成分を演算し、ｄ軸電圧指令値からｄ軸電圧降下補償成分を減算して最終ｑ軸電圧指令値として出力し、ｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧降下補償成分とを加算し、最終ｄ軸電圧指令値として出力する出力電圧誤差補償部と、商用電源の位相情報に基づいて、最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換する二相三相変換部と、を備え、前記商用同期時の負荷運転状況の電流値と角周波数成分のうち少なくとも何れか一方を固定値とすることを特徴とする。
【００２１】
また、その一態様として、前記出力電圧誤差補償部は、前記ｑ軸電流検出値または前記ｑ軸電流指令値が所定値以下の場合０とすることを特徴とする。
【００２２】
また、その一態様として、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値と最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値とを入力し、Ｖ／ｆ制御時最終ｄ軸電圧指令値と最終ｑ軸電圧指令値とを二相三相変換部に出力し、電流制御時ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを二相三相変換部に出力する切替スイッチを有することを特徴とする。
【００２３】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、前記ｄ軸電流検出値と前記ｑ軸電流検出値の高周波成分を除去し、前記切換スイッチに出力するローパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、電流制御に切り換わってから所定時間後、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を減衰することを特徴とする。
【００２５】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、ｑ軸電流指令値を０に減衰させてから、ｄ軸電流指令値を０に減衰させることを特徴とする。
【００２６】
また、その一態様として、前記商用同期電流制御部は、電力変換器の出力電圧位相と商用電源の出力電圧位相との間に誤差がある場合、前記商用電源の位相情報を電力変換器の出力電圧位相から商用電源の出力電圧位相に徐々に変化させることを特徴とする。
【００２７】
また、その一態様として、前記二相三相変換部は、Ｖ／ｆ制御時に、電力変換器の出力電圧位相に基づいてｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、電流制御時に、商用電源の位相情報に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を三相電圧指令値に変換し、前記三相二相変換部は、Ｖ／ｆ制御時に、電力変換器の出力電圧位相に基づいて、三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換し、電流制御時に、商用電源の位相情報に基づいて、三相電流検出値をｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値に変換することを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、インバータの同期制御装置において、より精度よく電流制御を行い、安定して電力変換器駆動から商用電源駆動に移行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１における電力変換器の同期制御装置を示す概略図。
【図２】実施形態１における同期制御の処理を示すタイムチャート。
【図３】実施形態１における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図４】実施形態２における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図５】実施形態３における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図６】実施形態３における減衰処理部を示すブロック図。
【図７】実施形態３における同期制御の処理を示すタイムチャート。
【図８】実施形態４における減衰処理部を示すブロック図。
【図９】実施形態５における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図１０】実施形態５における変化率制限処理部を示すブロック図。
【図１１】α−β座標、ｄ−ｑ座標を示す図。
【図１２】モータの一次側周波数と商用電源位相に同期して回転する座標を示す図。
【図１３】実施形態６における商用同期電流制御部を示す概略図。
【図１４】実施形態６における座標軸選択部を示すブロック図。
【図１５】実施形態７における商用同期電流制御部を示す概略図。
【図１６】商用電源電圧ベクトルをα軸上にとった場合のインバータ出力電圧ベクトルを示す図。
【図１７】インバータ出力電圧のベクトル図。
【図１８】実施形態８における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図１９】実施形態８におけるｄ軸出力電圧誤差補償部を示すブロック図。
【図２０】実施形態８におけるｑ軸出力電圧誤差補償部を示すブロック図。
【図２１】実施形態９におけるｑ軸出力電圧誤差補償部を示すブロック図。
【図２２】実施形態１０における商用同期電流制御部を示すブロック図。
【図２３】実施形態１１における出力電圧誤差補償部を示すブロック図。
【図２４】ｄ，ｑ軸電流と交流リアクトルの電圧降下分をベクトル図。
【図２５】実施形態１２における商用同期電流制御部の一部を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る電力変換器の同期制御装置の実施形態１〜１２を図１〜図２５に基づいて詳述する。
【００３１】
［実施形態１］
本実施形態１における電力変換器の同期制御装置の概略構成を図１に示す。商用電源１は三相交流電源である。商用電源１とモータＭとの間には商用電源１駆動用の開閉スイッチＳ１が接続されている。また、商用電源１用の開閉スイッチＳ１と並列に、入力用トランスＴ２、インバータＩＮＶ、交流リアクトルＬ、インバータＩＮＶ用の開閉スイッチＳ２の直列回路が接続されている。また、インバータＩＮＶの出力側には、インバータＩＮＶの三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出する電流センサ２が設けられている。開閉スイッチＳ１，Ｓ２の入り切りを行うことにより商用電源１駆動とインバータＩＮＶ駆動の切り換えを行う。
【００３２】
交流リアクトルＬは、インバータＩＮＶ駆動と商用電源１駆動との切換時に商用電源１の出力電圧とインバータＩＮＶの出力電圧の電圧差及び位相差が起因で発生する電流を抑制する。
【００３３】
商用電源１の出力電圧を検出する為に商用同期用トランスＴ１を接続する。インバータＩＮＶでは商用同期用トランスＴ１で検出した商用電源１の情報（商用電源１の出力電圧の振幅、位相、周波数など）を使用して同期制御部３と商用同期電流制御部４により同期制御を行う。スイッチＳ３は、同期制御部３から出力された同期完了フラグに基づいて切り換える機能を持つ。同期完了フラグが立つまで（モータの始動時から商用電源１の出力電圧と電力変換器の出力電圧とが同期するまで）は、スイッチＳ３はＯＦＦ側であるので同期制御部３でインバータＩＮＶを制御する。同期完了フラグが立ってから（商用電源１の出力電圧とインバータＩＮＶの出力電圧が同期してから）は、スイッチＳ３はＯＮ側であるので商用同期電流制御部４でインバータＩＮＶを制御する。
【００３４】
以下、この明細書内では商用電源１の出力電圧とインバータＩＮＶの出力電圧の電圧差及び位相差が起因で発生する電流を横流と定義する。図２に商用同期電流制御の流れを示す。図２に示す「同期完了」のタイミングで、同期完了フラグが立つ。
【００３５】
図３に商用同期電流制御部４のブロック図を示す。商用同期電流制御部４は、図３に示すように、電流センサ２で検出された三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwの１サンプル前の値を出力するバッファＺ-1と、商用電源１の出力電圧の位相情報θｓを演算する商用電源位相演算部５と、商用電源１の位相情報θｓに基づいて１サンプル前の三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqに変換する三相二相変換部７と、ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*の１サンプル前の値を出力するバッファＺ-1と、電流制御切換フラグに基づいて、Ｖ／ｆ制御時はｄ軸電流検出値Ｉdとｑ軸電流検出値Ｉqをｄ軸電流指令値Ｉd*とｑ軸電流指令値Ｉq*として出力し、電流制御時は１サンプル前のｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*（バッファＺ-1の出力）をｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*として出力する切換スイッチＳ４と、ｄ軸電流検出値Ｉdとｄ軸電流指令値Ｉd*との偏差、ｑ軸電流検出値Ｉqとｑ軸電流指令値Ｉq*との偏差に基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd*とｑ軸電圧指令値Ｖq*とを出力する電流制御部６と、商用電源１の位相情報θｓに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖd*，ｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換する二相三相変換部８と、を備える。この三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づいてインバータＩＮＶを制御する。なお、図２では「同期完了」からインバータ出力電圧の１周期後に電流制御切換えフラグをＯＮしている。電流制御切換えフラグをＯＮするタイミングはこれに限らなくともよい。
【００３６】
電流制御部６の指令値は、Ｖ／ｆ制御（インバータＩＮＶの出力電圧／出力周波数比を一定にする制御）から電流制御（図２のＡＣＲ制御）に切り換わる直前のｄ軸電流検出値Ｉｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｑを用いるため、電流制御切換フラグがＯＮするまでは電流制御の指令値はｄ軸電流検出値Ｉｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｑで更新し続けることとなる。電流制御切換フラグがＯＮした後はｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*の前回値（すなわち、電流制御切換フラグがＯＮする直前のｄ軸電流検出値Ｉｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｑ）を保持し続けるようにする。
【００３７】
同期完了時のインバータＩＮＶの三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は、商用電源１の電圧振幅と位相を調整した値となるので、以下の（１）式のように表せる。
【００３８】
【数１】
2016143481.tif 000003
【００３９】
ここで、Ｖは電圧実効値、θはインバータＩＮＶの出力電圧位相とし、Ｖは商用電源１の出力電圧の実効値と等しくする。このときにモータＭに流れる三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwを以下の（２）式のように定義する。
【００４０】
【数２】
2016143481.tif 000004
【００４１】
ここで、Ｉは電流検出値の実効値とする。
【００４２】
このとき、三相二相変換部７において、以下の（３）式の座標変換の公式を使用して三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwからｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqに座標変換を行う。座標変換で使用する位相情報は商用電源１の位相情報θｓを使用する。
【００４３】
【数３】
2016143481.tif 000005
【００４４】
ここで、θｓは商用電源１の位相情報である。
【００４５】
ｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqは以下の（４）式のようになる。
【００４６】
【数４】
2016143481.tif 000006
【００４７】
ここで、インバータＩＮＶ駆動から商用電源１駆動への切換時にはインバータＩＮＶの出力電圧と商用電源１の出力電圧との同期が完了しているため、商用電源１の出力電圧位相とインバータＩＮＶの出力電圧位相の差はわずかであり、等しいと考えても制御に影響することはほとんどない。
【００４８】
よって、θ＝θｓとする。この場合、ｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqは以下の（５）式のようになる。
【００４９】
【数５】
2016143481.tif 000007
【００５０】
電流制御部６では、ｄ軸電流指令値Ｉd*とｄ軸電流検出値Ｉdとの差分，ｑ軸電流指令値Ｉq*とｑ軸電流検出値Ｉqの差分を比例積分制御（ＰＩ制御）を行うことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*，ｑ軸電圧指令値Ｖq*を生成する。電流制御部６の入力が（５）式のようにＩd＝√３Ｉ，Ｉｑ＝０となった場合には、電流制御部６の出力であるｄ軸電圧指令値Ｖd*，ｑ軸電圧指令値Ｖq*は以下の（６）式のようになる。
【００５１】
【数６】
2016143481.tif 000008
【００５２】
そして、二相三相変換部８により、商用電源１の位相情報θｓに基づき、以下の（７）式の座標変換の公式を使用して、ｄ軸電圧指令値Ｖd*，ｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換する。
【００５３】
【数７】
2016143481.tif 000009
【００５４】
このとき、三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*は以下の（８）式となる。
【００５５】
【数８】
2016143481.tif 000010
【００５６】
インバータＩＮＶの出力電圧が前記の三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*になるように制御が行われる。具体的には、図３のインバータＩＮＶにおいて三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*と三角波信号との比較信号を用いてインバータ内部のスイッチングデバイスのＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、インバータＩＮＶの出力電圧を生成する。
【００５７】
このとき、インバータＩＮＶの出力電圧と商用電源１の出力電圧とは、電圧振幅と位相がほぼ同期することとなるため、横流がほとんど発生しなくなる。
【００５８】
以上示したように、本実施形態１における電力変換器の同期制御装置によれば、安定してインバータＩＮＶ駆動から商用電源１駆動に切り換えることが可能となる。また、特許文献１と比較して、インバータＩＮＶの出力電流を検出して電流指令値に保つ電流制御を行っているため制御の精度がよく、横流の抑制効果が高いという優位点を持つ。
【００５９】
したがって、電力変換器駆動から商用電源１駆動に切り換える際に、電力変換器が過電流や過電圧等の故障停止せずにより安定して移行することができる。これにより、モータ駆動システムの信頼性が向上する。
【００６０】
［実施形態２］
本実施形態２は、実施形態１の商用同期電流制御部４にローパスフィルタＬＰＦを加えたものである。
【００６１】
図４に本実施形態２における商用同期電流制御部４のブロック図を示す。
【００６２】
図４に示すように、本実施形態２では、三相二相変換部７と切換スイッチＳ４との間に、ローパスフィルタＬＰＦを設ける。ｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqには電流センサであるＨＣＴの残留磁束や電流センサ２の回路誤差によるオフセット成分や検出ゲインのずれによって発生する出力周波数の１次成分や２次成分が重畳される可能性がある。また、電流センサ２にノイズが重畳されるとｄ軸電流検出値Ｉd，ｑ軸電流検出値Ｉqにも重畳される。
【００６３】
これらの外乱成分が重畳された場合、本来ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*として使用したい値とならず、電流制御を行ったときにインバータＩＮＶは負荷トルクを上回るトルクを出力できず、モータＭが停止する恐れがある。
【００６４】
一方、ローパスフィルタＬＰＦは、入力されたｄ軸電流検出値Ｉｄ，ｑ軸電流検出値Ｉｑの高周波成分を抑制して出力する機能を持つ。そのため、高周波成分である上記の外乱成分を除去する。
【００６５】
以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、実施形態１と比較して、電流センサ２の残留磁束や回転誤差によるオフセット成分や検出ゲインのずれによって発生する出力周波数の１次成分や２次成分が重畳されても、外乱成分を除去することが可能となる。
【００６６】
［実施形態３］
図５に本実施形態３における商用同期電流制御部４のブロック図を示す。図５に示すように、本実施形態３では、切換スイッチＳ４と電流制御部６との間に減衰処理部９を設けている。インバータＩＮＶの出力電圧と商用電源１の出力電圧とのオーバーラップ後に、図１に示すインバータ運転用の開閉スイッチＳ２を遮断するが、仮にこの開閉スイッチＳ２の遮断時に商用電源１側の電流値がほぼ０でインバータＩＮＶ側の電流がモータの電流とほぼ一致しているとすると、駆動電力の供給がインバータＩＮＶ側→商用電源１側に切り換わるため瞬間的に商用電源１側の電流が急増し、切換動作が不安定になる可能性がある。そのため、開閉スイッチＳ２を遮断する際には、減衰処理部９により、インバータＩＮＶ側の電流を徐々に減衰させる。
【００６７】
図６に減衰処理部９の詳細を示す。減算器２１において切換スイッチＳ４の出力から後述する減算器２５の１サンプル前の出力を減算する。スイッチ２２は、ｄ軸電流指令値Ｉd*、ｑ軸電流指令値Ｉq*の極性を電流指令極性判定フラグに基づいて判定し、その判定結果に基づいてスイッチ２２を正側または負側に切り換える。ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*の極性が正極だった場合、減衰レートリミッタ２３ａにより正から零へ減衰するレートでｄ軸電流指令値Ｉd*、ｑ軸電流指令値Ｉq*を減衰させる。また、ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*の極性が負側だった場合、減衰レートリミッタ２３ｂにより負から零へ減衰するレートでｄ軸電流指令値Ｉd*、ｑ軸電流指令値Ｉq*を減衰させる。
【００６８】
スイッチ２４はスイッチ２２と同様に動作する。減算器２５は、減算器２５の出力からスイッチ２４の出力を減算する。バッファ２６は減算器２５の１サンプル前の値を出力する。
【００６９】
また、電流指令極性判定フラグは、図６のクッション前電流指令の極性に従って立てる。クッション前電流指令の極性が正極であれば電流指令極性判定フラグは正となり、スイッチ２２とスイッチ２４は正側になる。クッション前電流指令の極性が負極であれば電流指令極性判定フラグは負となり、スイッチ２２とスイッチ２４は負側になる。
【００７０】
減衰処理部９は、ｄ軸電流指令値Ｉd*とｑ軸電流指令値Ｉq*のそれぞれについて、図６に示すように構成されている。
【００７１】
図７に本実施形態３における商用同期制御の流れを示す。なお、電流制御に切り換わってから所定時間後である図７の「ＩＮＶ電流低減開始」より前の期間では、レートの減衰を行わない。また、図７の「制御切換え」から「ＩＮＶ電流低減開始」までの期間中に、商用電源１用の開閉スイッチＳ１を投入する。
【００７２】
本実施形態３における電力変換器の同期制御装置によれば、実施形態１，２と同様の作用効果を奏する。また、インバータＩＮＶ用の開閉スイッチＳ２の遮断時にインバータＩＮＶ側の電流はほぼ零となっているため、インバータＩＮＶ駆動から商用電源１駆動への切換時に生じる不安定現象を抑制することが可能となる。
【００７３】
［実施形態４］
実施形態３ではｄ軸電流指令値Ｉd*とｑ軸電流指令値Ｉq*を同時に減衰させたが、本実施形態４は、ｑ軸電流を０に減衰してからｄ軸電流を０に減衰するものである。
【００７４】
ｄ軸電流Ｉdは磁束を制御する電流である。モータＭは磁束が発生していないとトルクを発生できず回転することができないため、本実施形態４の方法で減衰させる方が、切換動作がより安定する。
【００７５】
図８に本実施形態４の減衰処理部９の詳細を示す。ｑ軸側には、減衰処理部９の出力側にｑ軸電流指令値Ｉq*が０となったか否かを判定する電流指令０判定部４１を設けて、ｑ軸電流指令０フラグを出力する。また、電流指令０判定部４１は、減算器２５から入力される値をクッション後ｑ軸電流指令としてそのまま出力する。また、図８電流指令極性判定フラグは、実施形態３と同様に、図８のクッション前ｑ軸電流指令の極性に従って立てる。
【００７６】
ｄ軸側には、減衰処理部９の入力側と出力側に、電流指令０判定部４１からｑ軸電流指令０フラグが入力されたときにＯＮとなるスイッチ４２，４３を設ける。そして、ｑ軸電流指令値Ｉq*＝０となった時に図８下部の電流指令０判定部４１がｑ軸電流指令０フラグを立てて、図８上部のスイッチ４２，４３をＯＮ側（減衰処理部９側）にする。
また、ｄ軸電流を０に減衰してからｑ軸電流を０に減衰するような構成にしても、減衰処理は行える。
【００７７】
以上示したように、本実施形態４によれば、実施形態１〜３と同様の作用効果を奏する。また、実施形態３と比較して、インバータＩＮＶ駆動から商用電源１駆動へ切り換える際に、切換動作がより安定する。
【００７８】
［実施形態５］
図９に本実施形態５における商用同期電流制御部４のブロック図を示す。
【００７９】
インバータＩＮＶの出力電圧位相は、電流制御に切り換わった後には商用電源１の出力電圧位相で駆動するが、Ｖ／ｆ制御時にはインバータＩＮＶの出力周波数演算から求めた位相θにより駆動している。
【００８０】
そのため、同期完了から電流制御開始までの期間（図２や図７の「同期完了」〜「制御切換」の期間）では商用電源１の出力電圧位相とインバータＩＮＶの出力電圧位相の間にはずれが生じる。このずれ分が原因となって、電流制御時の制御精度が低下して、図２や図７のオーバーラップ期間中に過電流が発生する可能性がある。
【００８１】
そこで、インバータＩＮＶの出力周波数を演算する出力周波数演算部１０と、インバータＩＮＶの出力電圧位相θを演算する位相演算処理部１１と、商用電源１の出力電圧位相θ１とインバータＩＮＶの出力電圧位相θのずれ分を切換え時に保持しておき変化率制限を設けてずれ分を徐々に０にする変化率制限処理部１２と、を設ける。
【００８２】
変化率制限処理部１２の詳細を図１０に示す。変化率制限処理部１２は、商用電源１の出力電圧位相θ１と図９の位相演算処理部１１が出力するインバータＩＮＶの出力電圧位相θの差分（θ−θ１）を演算する減算部５１と、同期完了フラグがＯＦＦの期間は商用電源１の出力電圧位相とインバータＩＮＶの出力電圧位相θの差分を出力し、同期完了フラグがＯＮのとき後述するスイッチ５６の１サンプル前の出力を出力するスイッチ５２と、位相誤差極性判定フラグが正の時、正側に切り換わり、位相誤差極性判定フラグが負の時、負側に切り換わるスイッチ５３，５６と、正から０に減衰させる減衰レートリミッタ５４ａと、負から０に減衰させる減衰レートリミッタ５４ｂと、負側の減衰レートリミッタ５４ｂの出力の絶対値を演算する絶対値演算処理部５５と、スイッチ５６の１サンプル前の値を出力するバッファＺ-1と、商用電源１の位相情報θｓからスイッチ５６の出力を減算する減算部５７と、を備える。
【００８３】
図２または図７の「同期完了」のタイミングで同期完了フラグがＯＮとなってからは、直前の商用電源１の位相θ１と位相演算処理部１１の位相θの差分を減衰レートリミッタ５４ａ，５４ｂによって減衰させていく。位相の差分（θ−θ１）が正か負であるかの極性を判定して、正の場合は位相誤差極性判定フラグを正として、位相の差分が正から０になるよう減衰レートリミッタ５４ａにより減衰させる。位相の差分が負の場合には位相誤差極性判定フラグを負として、位相の差分が負から０になるように減衰レートリミッタ５４ｂで減衰し、さらに絶対値演算処理部５５により絶対値演算を行う。正と負どちらであっても０になったらリミットし、減衰レートリミッタ５４ａ，５４ｂは０を出力する。商用電源１の位相θ１からこの処理の出力（スイッチ５６の出力）を減算した値を、図９の三相二相変換部７および二相三相変換部８で用いる位相情報θｓとする。
【００８４】
すなわち、インバータＩＮＶの出力電圧位相θと商用電源１の出力電圧位相θ１との間に誤差がある場合、三相二相変換部７および二相三相変換部８で用いる商用電源１の位相情報θｓを、インバータＩＮＶの出力電圧位相θから商用電源１の出力電圧位相θ１に徐々に変化させる。
【００８５】
なお、図２、図７の「同期完了」より前の期間では、レートの減衰を行わない。
【００８６】
以上示したように、本実施形態５によれば、実施形態１〜４と同様の作用効果を奏する。また、変化率制限処理部１２を設けることにより、インバータＩＮＶ駆動と商用電源１駆動とでオーバーラップ駆動する際に電流が急変することがなく故障停止することを抑制し、安定して運転することが可能となる。
【００８７】
［実施形態６］
実施形態１と実施形態５ではインバータＩＮＶの出力周波数位相の座標系から商用電源１の出力電圧位相の座標系に移行する際には位相のみに着目していたが、本実施形態６では、位相と電圧の大きさを考慮して座標系を移行する。図１１に三相交流の電圧ベクトルとα−β座標系，ｄ−ｑ座標系の関係を示す。
【００８８】
α−β座標系は三相を二相変換した後の座標系であり固定座標系と呼ばれる。ｄ−ｑ座標系はα−β座標系をある位相で回転させる座標系である。一般的にはモータＭの一次側周波数に同期して回転する座標で回転座標系と呼ばれる。
【００８９】
図１２に、モータＭの一次側周波数に同期して回転する座標系をｄｍ−ｑｍ座標系、商用電源１の電圧位相に同期して回転する座標系をｄｓ−ｑｓ座標系と定義した時の図を示す。
【００９０】
モータＭの一次側周波数の位相をθｍ、商用電源１の位相情報をθｓとする。ここで、電圧ベクトルＶ１を図１２のように定義する場合を考える。電圧ベクトルＶ１をｄｍ−ｑｍ座標系とｄｓ−ｑｓ座標系に分配する。このとき、ｄｍ−ｑｍ座標系のｄ軸電圧をＶｄｍとしｑ軸電圧をＶｑｍとする。また、ｄｓ−ｑｓ座標系のｄ軸電圧をＶｄｓとしｑ軸電圧をＶｑｓとする。
【００９１】
座標変換に使用する位相をインバータＩＮＶの出力周波数の位相から商用電源１の出力電圧位相に切り換える際（図２，図７の「制御切換」のタイミング）にｄ軸電圧をＶｄｍからＶｄｓにし、ｑ軸電圧をＶｑｍからＶｑｓにすれば、モータＭの一次電圧（モータＭヘ印加する電圧）のベクトルの大きさを維持しつつ商用電源１の出力電圧位相に切り換えることが可能となる。
【００９２】
これにより、切換動作時にモータＭへ印加する電圧を、より安定化させることができる。
【００９３】
図１３に、本実施形態６の商用同期電流制御部４のブロック図を示す。本実施形態６では、実施形態５の三相二相変換部７、二相三相変換部８の代わりに、座標軸選択部１３，１４を設けている。上記内容の処理は座標軸選択部１３，１４で行われる。図１４は、座標軸選択部１３，１４の詳細ブロック図である。図１４に示すように、座標軸選択部１４は二相三相変換部３１，３２を有し、座標軸選択部１３は三相二相変換部３４，３５を有する。二相三相変換部３２と三相二相変換部３５は、商用電源１の位相情報θｓで座標変換を行い、二相三相変換部３１と三相二相変換部３４はインバータＩＮＶの出力電圧位相θで座標変換する。電流制御切換フラグは、図２または図７の「制御切換」のタイミングで立てる。
【００９４】
電流制御（ＡＣＲ制御）に切り換わる前までは、図１４の切換スイッチ３３，３６はＯＦＦ側であり、二相三相変換部３１，三相二相変換部３４において、インバータＩＮＶにおける出力周波数指令からの出力電圧位相θで座標変換する。電流制御（ＡＣＲ制御）に切り換わった後は、図１４の切換スイッチ３３，３６はＯＮ側となり、二相三相変換部３２、三相二相変換部３５において、商用電源１の位相情報θｓで座標変換することとなる。
【００９５】
以上示したように、本実施形態６によれば、実施形態１〜５と同様の作用効果を奏する。また、モータＭと一次電圧のベクトルの大きさを維持しつつ、商用電源１の出力電圧位相に切り換えることが可能となる。
【００９６】
［実施形態７］
本実施形態７の商用同期電流制御部４を図１５に示す。電流制御を座標変換せずに三相電流のまま行ってもよい。この場合は、図１５に示すように、ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*を二相三相変換部８により二相三相変換して、三相電流指令値Ｉu*，Ｉv*，Ｉw*を生成する。そして、電流制御部６において、三相電流指令値Ｉu*，Ｉv*，Ｉw*と三相電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwとの偏差に基づいて三相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を算出する。
【００９７】
本実施形態７によれば、実施形態１〜実施形態６と同様の作用効果を奏する。また、電流制御中に座標変換の演算が必要なくなり、電流制御系の構成が簡単となる。
【００９８】
［実施形態８］
インバータＩＮＶの出力電圧は、インバータＩＮＶの出力側に接続されている交流リアクトルＬにより電圧降下が発生する。この交流リアクトルＬによる電圧降下がインバータＩＮＶの出力電圧と商用電源電圧の電位差と位相差になり横流が発生する。本実施形態８では、この横流を抑制するために交流リアクトルＬによる電圧降下を補償する。
【００９９】
インバータＩＮＶの出力電圧のベクトル図を図１７に示す。図１７の左側に駆動負荷時を示し、図１７の右側に回生負荷時の状態を示す。ここでは、誘導電動機（モータ）を例として示す。
【０１００】
ここで、図１７内の記号はＩ１：一次電流，Ｉd：ｄ軸電流検出値，Ｉq：ｑ軸電流検出値，ω１：インバータＩＮＶの角周波数成分（＝２π×インバータＩＮＶの出力周波数），Ｌ１：交流リアクトルＬのインダクタンス，Ｌｓ：モータの漏れリアクタンス，Ｒ１：モータの一次抵抗，Ｖ１：モータ端子出力電圧，Ｅ２：モータ誘起電圧，Ｖａｃ１：交流リアクトルＬによる電圧降下分を表している。
【０１０１】
Ｖ１＋Ｖａｃ１はインバータＩＮＶの出力電圧であり、Ｖ１はモータ端子電圧となる。図１７からもわかる通りインバータＩＮＶの出力電圧Ｖ１＋Ｖａｃ１とモータ端子電圧Ｖ１には差が生じる。商用電源１は電磁接触器を介してモータＭに接続されているので商用電源１の電圧とインバータＩＮＶの出力電圧Ｖ１＋Ｖａｃ１の大きさと位相を合わせるだけでは差が生じ横流が発生する。交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１だけ補償すれば横流を抑制することができる。
【０１０２】
図１７より駆動負荷時と回生負荷時共に交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１をｄ軸とｑ軸に分配すると、交流リアクトルＬによる電圧降下分Ｖａｃ１のｄ軸電圧成分はω１×Ｌ１×（−Ｉq）、交流リアクトルＬによる電圧降下分Ｖａｃ１のｑ軸電圧成分はω１×Ｌ１×Ｉdとなる。このｄ軸とｑ軸に分配した交流リアクトルＬの電圧降下分をそれぞれ電流制御の出力であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*に重畳させればよい。
【０１０３】
図１８は、本実施形態８における商用同期電流制御部４を示すブロック図である。本実施形態８の商用同期電流制御部４は、実施形態７の商用同期電流制御部４に周波数演算部１５と出力電圧誤差補償部１６を追加したものである。
【０１０４】
交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１の補償を出力電圧誤差補償部１６で行う。出力電圧誤差補償部１６で使用する周波数成分は、変化率制限処理部１２が出力する位相情報θｓを微分することにより得る。さらに、周波数演算部１５において、前記位相情報θｓに２πを乗算させることによって角周波数成分ω１が得られる。
【０１０５】
出力電圧誤差補償部１６は、ｄ軸，ｑ軸にそれぞれ設けられている。図１９にｄ軸に関する出力電圧誤差補償部１６を示し、図２０にｑ軸に関する出力電圧誤差補償部１６の詳細を示す。
【０１０６】
図１９に示すように、ｄ軸の出力電圧誤差補償部１６は、乗算器６１ａにおいて角周波数成分ω１と交流リアクトルＬのインダクタンス値Ｌ１とｑ軸電流検出値Ｉｑとを乗算する。減算器６２ａにおいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ*から乗算器６１ｂの出力ω１×Ｌ１×Ｉqを減算し、最終ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１*としている。
【０１０７】
また、図２０に示すように、ｑ軸の出力電圧誤差補償部１６は、乗算器６１ｂにおいて、角周波数成分ω１と交流リアクトルＬのインダクタンス値Ｌ１とｄ軸電流検出値Ｉｄとを乗算する。加算器６２ｂにおいてｑ軸電圧指令値Ｖｑ*と乗算器６１ｂの出力ω１×Ｌ１×Ｉdを加算し、最終ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１*としている。
【０１０８】
このように、前述の交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１のｄ軸成分＝ω１×Ｌ１×（−Ｉｑ）、交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１のｑ軸成分＝ω１×Ｌ１×Ｉｄに基づいた処理をしている。
【０１０９】
本実施形態８は、同期切換を行う先行技術の特許文献３と比較して、インバータＩＮＶの出力電流を検出して指令値に保つ電流制御を行っているため制御の精度がよく、そのため切換動作中の横流の抑制効果が高い。
【０１１０】
したがって、インバータＩＮＶによる駆動から商用電源１への駆動に移行する際に、電力変換器が過電流や過電圧等の故障停止せずに移行することが、より安定にできる。これにより、モータ駆動システムの信頼性が向上する。
【０１１１】
さらに、実施形態１〜７と比較して、交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１を考慮しているため、過電流抑制効果がさらに向上し、モータ駆動システムの信頼性がさらに向上する。
【０１１２】
［実施形態９］
本実施形態９は、出力電圧誤差補償部１６にデッドバンドを設けたものである。無負荷時にはｑ軸電流値が０となるので電流検出値にノイズが重畳されると極性が反転する可能性がある。極性が反転すると本来補償したい成分とずれる可能性がある。よって、デッドバンドを設け、無負荷時もしくは軽負荷時（すなわち、図１８の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが所定値以下の場合）にはｑ軸電流によって発生する成分は補償しないようにする。
【０１１３】
図２１にデッドバンド６３を設けた時の出力電圧誤差補償部１６の詳細を示す。図２１に示すように、デッドバンド６３はｑ軸電流指令値Ｉqを入力し、出力を乗算器６１ａに出力している。デッドバンド６３の出力は、Ｉｑの絶対値が所定値以下の場合は０を出力し、Ｉｑの絶対値が所定値を超過する場合はＩｑを出力する。その他の構成は実施形態８と同様である。
【０１１４】
以上示したように、本実施形態９は実施形態８と同様の作用効果を奏する。また、電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが所定値以下の場合において、電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗにノイズが重畳しても極性が反転し本来補償したノイズとずれることを抑制することができる。
【０１１５】
［実施形態１０］
実施形態８の出力電圧誤差補償部１６では電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*，角周波数成分ω１，電流検出値Ｉｄ，Ｉｑを用いているが、電流検出値Ｉｄ，Ｉｑの代わりに電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*の情報を用いて交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１を補償してもよい。
【０１１６】
図２２に本実施形態１０における商用同期電流制御部４のブロック図を示す。電流制御を行うので電流検出値Ｉｄ，Ｉｑと電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*は一致しているとみなしてもよい。また、電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*は図２のＶ／ｆ制御から電流制御に切り替わる直前の電流検出値Ｉｄ，Ｉｑを用いているため電流検出値と等価とみなせる。
【０１１７】
以上示したように、本実施形態１０は実施形態８，９と同様の効果を奏する。また、電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を用いることにより電流検出値Ｉｄ，Ｉｑに含まれる可能性のあるノイズ等の外乱成分を除去することができる。
【０１１８】
［実施形態１１］
図２３に本実施形態１１における出力電圧誤差補償部１６のブロック図を示す。本実施形態１１は、交流リアクトルＬの電圧降下補償を固定値で与えるものである。
【０１１９】
図２３に示すように、本実施形態１１における出力電圧誤差補償部１６は、乗算器６４と、θｃｏｍｐ演算部６５と、乗算器６６ａ，６６ｂと、減算器６７ａと、加算器６７ｂと、を有する。
【０１２０】
乗算器６４は、交流リアクトルＬのインダクタンス値Ｌ１と角周波数成分ω１と商用同期時の負荷運転状況の電流値Ｉとを乗算して電圧降下補償値Ｖｃｏｍｐを演算する。θｃｏｍｐ演算部６５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｑ軸電流指令値Ｉｑ*に基づいてθｃｏｍｐを演算する。
【０１２１】
乗算器６６ａは電圧降下補償値Ｖｃｏｍｐとｓｉｎ（θｃｏｍｐ）とを乗算してｄ軸電圧降下補償成分Ｖｄ＿ｃｏｍｐを演算する。乗算器６６ｂは電圧降下補償値Ｖｃｏｍｐとｃｏｓ（θｃｏｍｐ）とを乗算してｑ軸電圧降下補償成分Ｖｑ＿ｃｏｍｐを演算する。
【０１２２】
減算器６７ａはｄ軸電圧指令値Ｖｄ*からｄ軸電圧降下補償成分Ｖｄ＿ｃｏｍｐを減算し最終ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１*として出力する。加算器６７ｂはｑ軸電圧指令値Ｖｑ*とｑ軸電圧降下補償成分Ｖｑ＿ｃｏｍｐを加算し最終ｑ軸電圧指令値Ｖｑ１*として出力する。
【０１２３】
予め交流リアクトルＬのインダクタンス値Ｌ１と商用電源１と同期する際の負荷運転の状況（すなわち、電流値Ｉ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２）と角周波数成分ω１）が分かっていれば実施形態８の図１７に示してある下記の（９）式で電圧降下補償値を演算できる。この方法を用いれば電流センサ２や図１８の周波数演算部１５がなくても交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１を補償することができる。電圧降下補償値をＶｃｏｍｐとする。
【０１２４】
【数９】
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【０１２５】
ｄ軸電流指令値Ｉd*とｑ軸電圧指令値Ｉq*を用いｄｑ軸への投影を行う。図２４にｄｑ軸電流指令値Ｉd*，Ｉq*と交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１のみのベクトル図を示す。駆動時と回生時では考え方に違いはないため駆動負荷時のみを示す。
【０１２６】
ｄｑ軸への投影するための比率は下記の（１０）式で求める。
【０１２７】
【数１０】
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【０１２８】
図２４よりｄｑ軸電圧補償成分への変換を上記の（１０）式で求めたθｃｏｍｐを使用して下記の（１１）式，（１２）式で演算することにより変換できることがわかる。ここで、以下の（１１）式，（１２）式のように、ｄ軸電圧補償成分をＶｄ＿ｃｏｍｐとし、ｑ軸電圧補償成分をＶｑ＿ｃｏｍｐとする。
【０１２９】
【数１１】
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【０１３０】
【数１２】
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【０１３１】
これらを電流制御の出力であるｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*にそれぞれ重畳させればよい。
【０１３２】
本実施形態１１では、角周波数成分ω１とｄ軸電流指令値Ｉｄ*，ｑ軸電流指令値Ｉｑ*を共に固定値としてｄ軸電圧降下補償成分Ｖｄ＿ｃｏｍｐ，ｑ軸電圧降下補償成分Ｖｑ＿ｃｏｍｐを上式より求めた。また、一方のみを固定値とし、他方を図１８に示す検出値より求める方法を適用してもよい。
【０１３３】
以上示したように、本実施形態１１によれば、実施形態８〜１０と同様の作用効果を奏する。また、電流センサ２や周波数演算部１８がなくても交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１を補償することができる。
【０１３４】
［実施形態１２］
本実施形態１２は、同期完了前のＶ／ｆ制御中に出力電圧誤差補償を行うものである。本実施形態１２を適用した場合、図１８，図２２の電流制御部６，出力電圧誤差補償部１６，二相三相変換部８間の構成は図２５となる。
【０１３５】
すなわち、図２５に示すように、本実施形態１２では出力電圧誤差補償部１６と二相三相変換部８との間に切換スイッチＳ５が設けられる。切換スイッチＳ５はｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*と最終ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１*，Ｖｑ１*を入力する。
【０１３６】
切換スイッチＳ５は、電流制御切換フラグ＝０（すなわち、Ｖ／ｆ制御中）の期間中はＯＦＦ側に接続し、二相三相変換部８には最終ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１*，Ｖｑ１*を出力する。電流制御切換フラグ＝１（すなわち、ＡＣＲ制御中）の期間中はＯＮ側に接続し、二相三相変換部８にはｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*を出力する。
【０１３７】
同期完了前に出力電圧誤差補償を行っていれば電流制御に切り替えてからは出力電圧誤差補償の必要がない。
【０１３８】
電流制御（ＡＣＲ制御）時は、インバータＩＮＶは交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１を含んだ電圧を出力する。この場合、電流検出値の情報には交流リアクトルＬの電圧降下分Ｖａｃ１が含まれるので、出力電圧誤差補償の必要がなくなる。
【０１３９】
本実施形態１２では、電流制御中に複雑な演算が必要なくなりより簡単な構成にでき、電流制御中の演算負荷を低減できる。
【０１４０】
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。
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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