(57)【要約】【課題】同一電圧耐量の半導体スイッチング素子で、大きな電圧をカバーできる電力変換器の制御装置であって、特に、電動機端子の対地電圧のピーク値を低減し、電動機絶縁材料の劣化を軽減できる電動機駆動用電力変換器の制御装置を提供する。【解決手段】ＰＷＭ変調の出力電圧指令５１に加算した３次調波５２が電動機１２端子に現れるときに、インバータ装置８の主回路の接地抵抗器１０の抵抗値Ｒと、電動機１２に電力を供給する電線（ケーブル）１１１〜１１３の対地間静電容量Ｃとによって位相が遅れることに着目し、その遅れ分だけ位相を進ませた３次調波８０２を出力電圧指令の正弦波５１に加算するようにした。【選択図】図１
2008193770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子を備え、直流と三相交流との間で電力変換を行う三相電力変換器と、三相の正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調信号に応じて、前記電力変換器内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するゲート駆動回路と、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を合成する手段を備えた三相電力変換器の制御装置において、前記３次調波信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記位相調整手段は、前記電力変換器の主回路の接地抵抗器の抵抗値と、前記電力変換器とその負荷との間を接続する電線の対地静電容量の積に基づいて、前記３次調波信号の位相を調整するように構成したことを特徴とする三相電力変換器の制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記電力変換器は三相インバータであり、前記負荷は三相交流電動機であり、この三相交流電動機と前記インバータとの間を接続する電線は外部シールド線を持つケーブルであることを特徴とする三相電力変換器の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記位相調整手段は、進み位相設定手段と、前記電力変換器の出力電圧位相を指令する基準位相信号に、前記進み位相設定手段に基く調整分の位相を加減算する第２の基準位相信号を作成する手段と、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生する手段とを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記位相調整手段は、前記３次調波信号の微分信号を求める手段と、この微分信号を、前記３次調波信号に合成する手段とを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御装置。
【請求項６】
半導体スイッチング素子を備えた三相電力変換器により、直流と三相交流との間で電力変換を行うステップと、三相の正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調ステップと、このパルス幅変調信号に応じて、前記電力変換器内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するステップと、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を合成するステップとを備えた三相電力変換器の制御方法において、前記３次調波信号の位相を調整するステップを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項７】
請求項６において、前記位相を調整するステップは、前記電力変換器の主回路の接地抵抗器の抵抗値と、前記電力変換器とその負荷との間を接続する電線の対地静電容量との積に基づいて、前記３次調波信号の位相を調整するステップを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項８】
請求項７において、前記電力変換器として三相インバータを用い、前記負荷は三相交流電動機であり、この三相交流電動機と前記インバータとの間を、外部シールド線を持つケーブルで接続することを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかにおいて、前記位相を調整するステップは、進み位相を設定するステップと、前記電力変換器の出力電圧位相を指令する基準位相信号に、前記進み位相の設定に基く調整分の位相を加減算し第２の基準位相信号を作成するステップと、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生するステップとを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれかにおいて、前記位相を調整するステップは、前記３次調波信号の微分信号を求めるステップと、この微分信号を、前記３次調波信号に加減算するステップとを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項１１】
半導体スイッチング素子を備えた三相電力変換器により、直流と三相交流との間で電力変換を行うステップと、三相の正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するステップと、このパルス幅変調信号に応じて、前記電力変換器内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するステップと、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を加減算するステップとを備えた三相電力変換器の制御方法において、前記三相電力変換器の出力周波数を指令するステップと、この周波数指令を入力し基準位相信号を出力するステップと、この基準位相信号を入力し三相の正弦波電圧指令を発生するステップと、前記３次調波信号に対する進み位相を設定するステップと、前記位相信号と前記進み位相の設定値とに基き第２の基準位相信号を発生するステップと、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生するステップと、前記三相の正弦波電圧指令の各々に前記３次調波信号を加減算するステップと、これら各加減算ステップの出力信号を各相の出力電圧指令としてＰＷＭ変調するステップとを備えたことを特徴とする三相電力変換器の制御方法。
【請求項１２】
半導体スイッチング素子を備え、直流を可変電圧・可変周波数の三相交流に変換する三相インバータと、このインバータから外部シールド線を持つケーブルを介して前記三相交流を給電される三相交流電動機と、正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調信号に応じて、前記インバータ内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するゲート駆動回路と、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を合成する手段とを備えた三相交流電動機の駆動装置において、前記３次調波信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記三相インバータの中性点を接地する接地抵抗器を備え、前記位相調整手段は、前記接地抵抗器の抵抗値と、前記ケーブルの対地静電容量との積に基づいて、前記３次調波信号の位相を調整するように構成したことを特徴とする三相交流電動機の駆動装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、前記位相調整手段は、進み位相設定手段と、前記三相インバータの出力電圧位相を指令する基準位相信号に、前記進み位相設定手段に基く調整分の位相を加減算する第２の基準位相信号を作成する第２基準位相信号作成手段と、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生する３次調波信号発生手段とを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動装置。
【請求項１５】
請求項１２または１３において、前記位相調整手段は、前記三相交流の３次調波の微分信号を求める手段と、この微分信号を、前記３次調波に加減算する加減算手段とを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動装置。
【請求項１６】
半導体スイッチング素子を備え、直流を可変電圧・可変周波数の三相交流に変換する三相インバータと、このインバータから外部シールド線を持つケーブルを介して前記三相交流を給電される三相交流電動機と、正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調信号に応じて、前記インバータ内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するゲート駆動回路と、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を加減算する手段とを備えた三相交流電動機の駆動装置において、前記三相インバータの出力周波数を指令する周波数指令器と、この周波数指令を入力し位相信号を出力する基準位相演算器と、この位相信号を入力し三相の正弦波電圧指令を発生する正弦波発生器と、前記３次調波信号に対する進み位相を設定する進み位相設定器と、前記位相信号と設定された前記進み位相とに基き第２の基準位相信号を発生する第２の基準位相信号発生器と、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生する３次調波発生器と、前記三相の正弦波電圧指令の各々に前記３次調波信号を加減算する加減算器と、これら各加減算器の出力信号を各相の出力電圧指令としてＰＷＭ変調するＰＷＭ変調器とを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動装置。
【請求項１７】
半導体スイッチング素子を備えた三相インバータにより、直流を可変電圧・可変周波数の三相交流に変換するステップと、このインバータから外部シールド線を持つケーブルを介して三相交流電動機に前記三相交流を給電するステップと、正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調するステップと、このパルス幅変調ステップの出力に応じて、前記インバータ内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するステップと、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を合成するステップとを備えた三相交流電動機の駆動方法において、前記３次調波信号の位相を調整するステップを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動方法。
【請求項１８】
請求項１７において、前記三相インバータの中性点を接地抵抗器を介して接地するステップを備え、前記位相を調整するステップは、前記接地抵抗器の抵抗値と、前記ケーブルの対地静電容量との積に基づいて、前記３次調波信号の位相を調整するステップを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８において、前記位相を調整するステップは、進み位相を設定するステップと、前記三相インバータの出力電圧位相を指令する基準位相信号に、前記進み位相の設定ステップに基く調整分の位相を加減算し、第２の基準位相信号を作成するステップと、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生するステップとを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動方法。
【請求項２０】
請求項１７または１８において、前記位相を調整するステップは、前記三相交流の３次調波の微分信号を求めるステップと、この微分信号を、前記３次調波に加減算するステップとを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動方法。
【請求項２１】
半導体スイッチング素子を備えた三相インバータにより、直流を可変電圧・可変周波数の三相交流に変換するステップと、このインバータから外部シールド線を持つケーブルを介して三相交流電動機に前記三相交流を給電するステップと、正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するステップと、このパルス幅変調信号に応じて、前記インバータ内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するステップと、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を加減算するステップとを備えた三相交流電動機の駆動方法において、前記三相インバータの出力周波数を指令するステップと、この周波数指令を入力し基準位相信号を出力するステップと、この基準位相信号を入力し三相の正弦波電圧指令を発生するステップと、前記３次調波信号に対する進み位相を設定するステップと、前記位相信号と前記進み位相の設定値とに基き第２の基準位相信号を発生するステップと、この第２の基準位相信号に基き３次調波信号を発生するステップと、前記三相の正弦波電圧指令の各々に前記３次調波信号を加減算するステップと、これら各加減算ステップの出力信号を各相の出力電圧指令としてＰＷＭ変調するステップとを備えたことを特徴とする三相交流電動機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電力変換器の制御装置および制御方法と、三相交流電動機の駆動装置および駆動方法に関する。特に、主回路を抵抗器を介して接地し、対地静電容量を有する電線（ケーブル）を経由して三相交流電動機を駆動する場合に好適な制御装置および制御方法と駆動装置および駆動方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に開示されているように、電動機における絶縁材料の劣化速度は、巻線の対地間印加電圧のピーク値に大きく依存する。
【０００３】
そこで、特許文献１には、出力電圧のピーク値（波高値）に比べて基本波成分を大きくするため、各相の電圧指令値（変調波）に、３次調波を加減算し、電圧指令のピーク値を小さくする技術が開示されている。すなわち、周波数指令器の出力に応じて基準位相信号を発生し、この基準位相信号に応じて３相の正弦波電圧指令を発生する。一方、同一位相による３相正弦波により、電圧波形を切り取って大きさを１／２倍にして３次調波を作り、これを合成して、最終的に各相の電圧指令とする。
【０００４】
この特許文献１の技術では、３次調波を加算することで、電圧指令のピークを低減し、出力電圧（線間電圧）基本波の制御範囲の拡大を図っている。ここで、目的達成に都合が良いように、３次調波を加算した後の出力電圧指令波形は、正側・負側それぞれ個別に見たときに左右対称である。
【０００５】
各相の電圧指令は、ＰＷＭ変調器によって、電力変換器の各相を構成する主半導体スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するゲートパルス指令として出力される。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２３３０９７号公報
【非特許文献１】「インバータサージ電圧下の課電寿命特性」電気学会論文誌Ａ、１２５巻３号  ２００５年  Ｐ．２６１〜２６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、出力相電圧指令が、正側・負側それぞれ個別に見たときに左右対称となるように３次調波を加算している。しかし、３次調波が電動機端子に印加される経路に、電力変換器主回路の接地抵抗器と、電力変換器と電動機を接続するケーブルの対地静電容量が存在する。このため、両者の積で決まる時定数だけ、正弦波電圧に対して位相遅れが発生し、正弦波電圧と３次調波を合成した波形は左右対称でなくなることが判明し、このため、電動機端子の対地電圧のピーク値は高くなってしまう。
【０００８】
一方、電動機の絶縁材料の劣化速度は、非特許文献１に開示されているように、巻線の対地間印加電圧のピーク値に大きく依存するため、寿命が短くなる。これを考慮して絶縁強化を図るためには、製造原価が高くなるという欠点があった。
【０００９】
本発明の目的は、同一電圧耐量のスイッチング素子で、高い直流電圧領域までカバーできる電力変換器の制御装置や制御方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、三相交流電動機の端子の対地電圧のピーク値を低減することにより、電動機の絶縁材料の劣化を軽減でき、その寿命を延ばすことのできる三相交流電動機の駆動装置や駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はその一面において、半導体スイッチング素子を備え、直流と三相交流との間で電力変換を行う三相電力変換器と、三相の正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調信号に応じて、前記電力変換器の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するゲート駆動回路と、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を合成する手段を備えた三相電力変換器の制御装置において、前記３次調波信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の望ましい実施態様においては、前記位相調整手段は、前記電力変換器の主回路の接地抵抗器の抵抗値と、前記電力変換器とその負荷との間を接続する電線の対地静電容量の積に基づいて、前記３次調波信号の位相を調整するように構成する。
【００１３】
本発明は他の一面において、半導体スイッチング素子を備え、直流を可変電圧・可変周波数の三相交流に変換する三相インバータと、このインバータから外部シールド線を持つケーブルを介して前記三相交流を給電される三相交流電動機と、正弦波電圧指令信号に基いてパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、このパルス幅変調信号に応じて、前記インバータ内の前記スイッチング素子に駆動信号を供給するゲート駆動回路と、各相の前記正弦波電圧指令信号に３次調波信号を加減算する手段とを備えた三相交流電動機の駆動装置において、前記３次調波信号の位相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の望ましい実施態様によれば、電力変換器の負荷端における正弦波電圧と３次調波の位相を同期させ、同一電圧耐量のスイッチング素子で、高い直流電圧領域までカバーできる電力変換器の制御装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の他の望ましい実施態様によれば、電動機端子における正弦波電圧と３次調波の位相を同期させ、電動機端子の対地電圧のピーク値を低減することができるので、電動機の絶縁材料の劣化を軽減できる三相交流電動機の駆動装置を提供することができる。
【００１６】
本発明によるその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例による三相交流電動機の駆動装置における制御部の機能ブロック図である。
【００１８】
図１において、周波数指令器１の出力である周波数指令を受けて、基準位相演算器２が基準位相信号を発生し、この基準位相信号により、正弦波発生器３が３相の正弦波電圧指令を発生する。
【００１９】
一方、３次調波発生器４について、まず、特許文献１に開示された基本動作から説明すれば、基準位相による３相正弦波により、電圧波形を切り取って大きさを１／２倍にして３次調波信号を出力する。そして、加算器５ａ，５ｂ，５ｃによって電圧指令に合成し、最終的に、各相Ｕ，ＶおよびＷ相の電圧指令とする。
【００２０】
これらの電圧指令は、ＰＷＭ変調器６ａ〜６ｃによりＰＷＭ変調され、ゲート駆動回路のパルス指令となる。
【００２１】
本発明の要部をなす位相調整手段７を説明する前に、図２を用いて、三相交流電動機の駆動装置の主回路構成について説明しておく。
【００２２】
図２は、本発明の一実施例による三相交流電動機の駆動装置における主回路部の概略構成図であり、図３は、その単位インバータの主回路を示す概略構成図である。
【００２３】
図２において、一点鎖線内がインバータ装置８である。このインバータ装置８は、スイッチング部８１とフィルタ部８２からなる。スイッチング部８１は、Ｕ〜Ｗ相２個づつの単位インバータ８１１〜８１６（Ｕ１〜Ｗ２）を備えている。単位インバータ８１１〜８１６は、その１台の構成を図３に示すように、独立の直流電圧源９１を有する単相インバータである。単位インバータは、４つのＩＧＢＴ９２〜９５をブリッジ接続し、相当り２台を交流側で直列接続している。一方、各相分の交流出力の一端を中性点として共通に接続し、中性点は、接地抵抗器１０を介して接地している。
【００２４】
他方、交流出力の他端側に接続されたフィルタ部８２は、インダクタ８２１〜８２３、抵抗器８２４〜８２６、およびコンデンサ８２７〜８２９で構成された高調波除去フィルタである。この型のフィルタは、特に、既設の電動機をインバータで駆動する場合に、電動機の絶縁材料の劣化を防止するために広く使用されているものである。そして、各相のインダクタ８２１〜８２３の反単位インバータ側の端子が、インバータ装置８としての３相出力端子となる。この出力端子を、各相毎に外部シールド線を有するケーブル１１１〜１１３を介して、三相交流電動機１２に接続する。各ケーブル１１１〜１１３の外部シールド線は、図示するように、インバータ装置８の出力端側で一つにまとめ、インバータ装置８側で接地している。これは、ケーブル１１１〜１１３の対地静電容量１３１〜１３３を通して流れるスイッチングノイズ電流が、インバータ装置８と電動機１２間の大地に流れることによって生じる他設備への悪影響を防止するための一般的手法である。対地静電容量は、電動機１２にも存在し、これを、対地静電容量１３４として図示している。
【００２５】
図４は、本発明の一実施例におけるＰＷＭ変調器における変調動作説明用電圧波形図である。６ケの単位インバータ８１１〜８１６（Ｕ１〜Ｗ２）内の主半導体スイッチング素子９２〜９５のスイッチングタイミングは、この図に示すＰＷＭ変調の原理に基いて決定される。図示するように、正負側各々２つの等しい幅の領域で同期して発生させる三角波状のキャリア４１〜４４と、各相電圧指令４５を比較した結果で決定される。このＰＷＭ変調手法は、当業者間によく知られた手法であり、詳細な説明は省略する。
【００２６】
図５は、本発明に適用する３次調波合成によるピーク電圧抑制機能を説明する電圧波形図である。図５（ａ）に示す正弦波電圧指令５１に、３次調波５２を加算する。これによって、図５（ｂ）に示すように、加算した後の電圧指令５３のピークを低減し、出力電圧（線間電圧）基本波の制御範囲の拡大を図ることができる。
【００２７】
前述したように、３次調波５２を加算した後の出力電圧指令５３の波形は、正負側それぞれ個別に見たときに、左右、すなわち、０〜（π／２）と（π／２）〜πおよびπ〜（３π／２）と（３π／２）〜π間は、それぞれ対称な波形である。
【００２８】
この関係は、対地間静電容量（ストレーＣ）が無いと仮定すると、図５（ｃ）に示すように、電動機端においても崩れない。すなわち、電動機端の３次調波５４は、合成前の３次調波５２と同位相であり、電動機端での対地電圧５５も、合成後の相電圧指令５３に同位相で同期している。
【００２９】
各相の電圧指令５３は、各相を構成する主半導体スイッチング素子９２〜９５等のスイッチングタイミングを決定する電圧指令（変調波）として、図１のＰＷＭ変調器６ａ〜６ｃへ出力される。
【００３０】
次に、図６〜図７を用いて、本発明の課題について説明する。
【００３１】
図６は、本発明の原理を説明する３次調波の電動機端への印加経路の説明図である。前述したように、３次調波が、電動機１２の端子に印加される径路に、インバータ装置８の主回路の接地抵抗器１０と、インバータ装置８と電動機１２を接続するケーブル１１１〜１１３の対地静電容量（ストレーＣ）１３１〜１３３が存在する。
【００３２】
図７は、ケーブルの対地静電容量がある場合の３次調波発生の説明図である。前述した対地静電容量１３１〜１３３が存在するために、静電容量１３１〜１３３のキャパシタンスＣと接地抵抗器１０の抵抗値Ｒとの積（Ｃ×Ｒ）で決まる時定数の分だけ、基準位相の正弦波電圧に対して位相遅れが発生する。図７（ｃ）に、電動機端での３次調波７０４を示している。この結果、正弦波電圧指令５１と３次調波５２を合成した図７（ｂ）の相電圧指令５３の波形に対し、電動機端における対地電圧７５は、図７（ｃ）に示すように、左右対称でなくなり、そのピーク値は、左右対称の場合より高くなることがわかる。即ち、各周期の最初の０〜（π／２）と、π〜（３π／２）の間での電圧が高くなってしまう。
【００３３】
ここで、上記の現象を防止する本発明による一実施例を図１に戻って説明する。
【００３４】
図１において、本発明の要部をなすのは、破線で囲った位相調整手段７である。即ち、進み位相設定器７１、係数器７２、掛算器７３、および加算器７４とで構成される。加算器７４は、正弦波と同じ位相に進み分を加算するためのものである。進み位相は、図６で説明した電線（ケーブル）１１１〜１１３の対地静電容量（ストレーＣ）１３１〜１３３と接地抵抗器１０の抵抗値Ｒとの積（Ｃ×Ｒ）に対応する値にする必要がある。これは、一定の値（時定数：Ｃ×Ｒ）と考えて良いので、位相に置き換える場合には、周波数と比例した値に変換する必要がある。従って、特定の周波数（ここでは１００％周波数）における進み位相を進み位相設定器７１で発生させ、これに、周波数指令器１の出力である基準位相信号に応じた値を掛算器７３で掛算することで、周波数に比例した位相の進み分を演算することができる。
【００３５】
図８は、本発明の一実施例による相電圧指令説明用の電圧波形図である。基準位相に加算器７４で加算した進み位相で３次調波８０２を作成する。このときの波形の合成過程を図８（ａ）および（ｂ）に示すように、インバータ端では、３次調波８０２は図示する位相進み分だけ進んでいる。このため、合成後の相電圧指令８３も、図８（ｂ）に示すように、右肩上がりの波形になる。しかし、電動機１２端では、３次調波が、前述したＣ×Ｒの次定数の分だけ遅れ、図８（ｃ）に示すように、３次調波８４は、相電圧指令８５に同期する。したがって、対地電圧も、正負側それぞれ個別に見たときに、左右、すなわち、０〜（π／２）と（π／２）〜πおよびπ〜（３π／２）と（３π／２）〜２π間で、それぞれ対称な所期の波形となる。
【００３６】
この結果、図８（ａ）と（ｃ）を見れば明らかなように、当初の予定通りに、相電圧指令の電動機端子での対地電圧ピーク値を低減することができる。
【００３７】
図９は、本発明の効果を説明するための比較例として、図１，２の三相交流電動機駆動装置において、位相調整手段７の位相進み指令をゼロとした場合の電動機端での対地電圧波形解析例である。すなわち、図５（ｂ）の波形で動作させた場合の電動機端での対地電圧波形解析例を示す。解析条件は、接地抵抗器＝１０００Ω、ケーブルの対地静電容量＝１２０ｎＦ／相である。このとき電動機端での対地電圧ピーク値は、５５３０Ｖｐ−ｐである。
【００３８】
図１０は、本発明の一実施例による三相交流電動機駆動装置における電動機端での対地電圧波形解析例である。すなわち、図８（ｂ）に示す相電圧指令８３を使用したときの電動機端での対地電圧波形解析例である。解析条件は、
接地抵抗器１０００Ω×ケーブルの対地静電容量１２０ｎＦ／相×３相＝０．３６ｍｓ
３６０°×０．３６ｍｓ×４７Ｈｚ≒６°
であるから、進み位相を６°とした。図１０から、電動機端での対地電圧ピーク値は、５２７５Ｖｐ−ｐに低減した。
【００３９】
非特許文献１において、一般的な高電圧電動機に使用されるマイカ絶縁材料の印加電圧ピークによる絶縁劣化の進行速度は、例えば、同文献の図９（ａ）によれば、印加電圧波形のピーク値の約１０乗に比例すると読める。計算式は、絶縁破壊までの時間が１０倍になっているのは、印加電圧ピーク値が８０％に下がったときと読めるので、
（１／０．８）ｎ＝１０
となり、ｎ≒１０となる。この関係より、図１０の印加電圧波形であれば、図９の印加電圧波形の場合よりも、電動機の絶縁材料の劣化速度は（５５３０／５２７５）１０＝１．６倍と遅くなる、すなわち、寿命が１．６倍になると言える。
【００４０】
図１１は、本発明の他の実施例による三相交流電動機の駆動装置における制御部の機能ブロック図である。
【００４１】
また、図１２は、図１１に示した本発明の他の実施例による相電圧指令説明用の電圧波形図である。図１１および図１２を参照しながら、この実施例について説明する。
【００４２】
さて、図１１では、図１の実施例と同一の構成要素には同一の記号を付し、重複説明は避ける。図１との相違は、破線で囲った位相調整手段７０の構成である。この実施例では位相を進ませるのに、３次調波指令の微分成分を微分器７０１と係数器７０２によって演算し、その結果を、元の３次調波に加算器７０３で加算するようにしたものである。
【００４３】
すなわち、３次調波発生器４が出力する３次調波５２を微分器７０１で微分し、係数器７０２によって所望の係数を乗じて微分成分７０５を得る。これを、３次調波５２に加算器７０３で加算することによって、進み３次調波７０６を作るのである。
【００４４】
微分器７０１は、その時定数を、接地抵抗器１０の抵抗値Ｒとケーブル１１１〜１１３の対地静電容量Ｃで決まる一次遅れと合わせて設定する。こうすることにより、時間対時間の関係となり、周波数の要素とは無関係に進み分を設定できる。
【００４５】
この実施例では、基準位相の正弦波電圧指令５１と進み３次調波７０６を合成することによって、図１２（ｃ）の合成後の相電圧指令１２３が得られる。そして、図１２（ｄ）に示す電動機端での３次調波１２４と対地電圧１２５が得られ、当初の予定通りに、相電圧指令の電動機端子での対地電圧ピーク値を低減することができる。
【００４６】
図１３は、本発明の他の実施例による三相交流電動機駆動装置における電動機端での対地電圧波形解析例である。図１３から明らかなように、電動機端での対地電圧は、５３６６Ｖｐ−ｐとなり、第１の実施例と同様の計算をすると、寿命は、１．３５倍に延びると言える。
【００４７】
以上のように、基本波正弦波に重畳させる３次調波の位相を進ませる本発明は、電動機の絶縁材料の劣化速度を遅らせるのに大きな効果が期待できる。
【００４８】
尚、基本波に重畳する３次調波は繰り返しの対称波形であれば三角波には限定しない。
【００４９】
また、上記の実施例では、出力部に高調波フィルタを設けたインバータ装置について説明したが、フィルタの無い方式についても原理的に同様の効果が見込まれる。
【００５０】
更に、電力変換器の主回路方式に関わらず、抵抗器を介して主回路を接地する電力変換器にも同様の効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、電動機を可変電圧可変周波数の電力変換器で可変速運転することで省エネルギーを達成しようとする産業分野に広く適用でき、電動機の寿命の延長や、絶縁材料のコスト低減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例による三相交流電動機の駆動装置における制御部の機能ブロック図。
【図２】本発明の一実施例による三相交流電動機の駆動装置における主回路部の概略構成図。
【図３】図２における単位インバータの主回路を示す概略構成図。
【図４】本発明の一実施例におけるＰＷＭ変調器の変調動作説明用の電圧波形図。
【図５】本発明に適用する３次調波合成によるピーク電圧抑制機能を説明する電圧波形図。
【図６】本発明の原理を説明する３次調波の電動機端への印加経路の説明図。
【図７】ケーブルの対地静電容量がある場合の３次調波発生の説明図。
【図８】本発明の一実施例による相電圧指令説明用の電圧波形図。
【図９】本発明の比較例としての電動機端での対地電圧波形解析例図。
【図１０】本発明の一実施例による三相交流電動機駆動装置における電動機端での対地電圧波形解析例図。
【図１１】本発明の他の実施例による三相交流電動機の駆動装置における制御部の機能ブロック図。
【図１２】本発明の他の実施例による相電圧指令説明用の電圧波形図。
【図１３】本発明の他の実施例による三相交流電動機駆動装置における電動機端での対地電圧波形解析例図。
【符号の説明】
【００５３】
１…周波数指令器、２…位相演算器（積分器）、３…３相正弦波発生器、４…３次調波発生器、５ａ〜５ｃ…加算器、６ａ〜６ｃ…ＰＷＭ変調器、７，７０…位相調整手段、７１…進み位相設定器、７２，７０２…係数器、７３…掛算器、７４，７０３…加算器、７０１…微分器、８…インバータ装置、８１…スイッチング部、８１１〜８１６…単位インバータ、８２…フィルタ部、９２〜９５…半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、１０…接地抵抗器、１１１〜１１３…外部シールド線を有するケーブル、１２…電動機、１３１〜１３４…対置間静電容量（ストレーＣ）。
【図１】
2008193770.tif 000003
【図２】
2008193770.tif 000004
【図３】
2008193770.tif 000005
【図４】
2008193770.tif 000006
【図５】
2008193770.tif 000007
【図６】
2008193770.tif 000008
【図７】
2008193770.tif 000009
【図８】
2008193770.tif 000010
【図９】
2008193770.tif 000011
【図１０】
2008193770.tif 000012
【図１１】
2008193770.tif 000013
【図１２】
2008193770.tif 000014
【図１３】
2008193770.tif 000015