(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記下アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最大相電圧指令が前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号の最大値に一致するように、前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令とを実質的に等しくシフトし、前記シフトされた前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令と、前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電流検出器は、前記ＰＷＭキャリア信号が最大値となる時刻に前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最大相電圧指令に対応する前記三相インバータの前記上アームスイッチング素子がオンし、かつ前記中間相電圧指令及び前記最小相電圧指令に対応する前記下アームスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に於いて前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記最大相電圧指令に対応する前記電流検出値に基づいて、前記中間相電圧指令に対応する前記電流検出値と前記最小相電圧指令に対応する前記電流検出値とを補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を二軸上の値に変換する第１の座標変換器と、
前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を二軸上の値に変換する第２の座標変換器と、を有し、
前記第２の座標変換器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記第１の座標変換器から出力された前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電流検出器は、前記上アームスイッチング素子がオンする時刻に於いて前記電流検出値を、前記三相の各相毎に検出するように構成され、
前記制御装置は、
前記有効電圧ベクトルが発生する時刻に於いて検出した前記三相の各相毎の前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
二つの組の三相巻線を有する三相交流回転電機の前記二つの組の前記三相巻線に夫々電圧を印加するように構成され、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を各相毎に備えた二つの三相インバータと、
前記二つの前記三相インバータに於ける、三相の各相の前記下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記二つの三相インバータは、夫々、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成され、
前記電流検出器は、
前記二つの三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記下アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する期間中に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記二つの三相インバータのうちの一方の三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータのうちの他方の三相インバータに於ける前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記各相の前記下アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最小相電圧指令が前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号の最小値に一致するように、前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令とを実質的に等しくシフトし、前記シフトされた前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令と、前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対応する前記電流検出値に基づいて、前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対応する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
前記電流検出器は、前記ＰＷＭキャリア信号が最小値となる時刻に於いて前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最小相電圧指令に対応する前記下アームスイッチング素子がオンし、且つ前記中間相電圧指令及び前記最大相電圧指令に対応する前記上アームスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に於いて、前記電流を検出して前記電流検出値を出力し、
前記制御装置は、
前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記最小相電圧指令に対応する前記電流検出値に基づいて、前記中間相電圧指令に対応する電流検出値と前記最大相電圧指令に対応する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、
前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を二軸上の値に変換する第３の座標変換器と、
前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を二軸上の値に変換する第４の座標変換器と、
を有し、
前記第４の座標変換器より出力された前記電流検出値に基づいて、前記第３の座標変換器より出力された前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする請求項７から９のうちの何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記電流検出器は、
前記三相の各相の前記下アームスイッチング素子がオンする時刻に於いて、前記各相毎に前記電流を検出して前記電流検出値を出力し、
前記制御装置は、
前記有効電圧ベクトルが発生する時刻に於いて検出した各相毎の前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする請求項７から１０のうちの何れか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
二つの組の三相巻線を有する三相交流回転電機の前記二つの組の前記三相巻線に夫々電圧を印加するように構成された二つの三相インバータと、
前記二つの前記三相インバータに於ける、三相の各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記二つの三相インバータは、夫々、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成され、
前記電流検出器は、
前記二つの三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記各相の前記下アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する期間中に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記二つの三相インバータのうちの一方の三相インバータに於ける前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータのうちの他方の三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＷＭ制御される三相電圧形インバータにより構成された電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される三相電圧形インバータにより構成された電力変換装置は、電流検出器により検出された電力変換装置の各相の出力電流値(以下、電流検出値と称する)に基づいて、各相の上アームと下アームに夫々設けられたスイッチング素子のオン／オフがＰＷＭ制御されることで、電圧指令値に追従するように電圧制御される。【０００３】
前述の電流検出器に於いて、三相の各相で共通の基準電位は、通常、グランド電位に設定される。従って、各相の電流検出値に混入されるノイズには、三相の各相で同相となる成分、つまり零相成分、が多く混入される。【０００４】
ここで、前述の電圧指令値の振幅が小さい領域に於いては、前述の電流検出器により三相の全ての相の電流検出値の取得が可能である。従って、三相の全ての相の電流検出値を、例えば、静止二軸座標系若しくは回転二軸座標系に於ける二軸に変換すれば、電流検出値に含まれる零相成分は現れないため、ノイズに含まれる零相成分の影響を受けることなく、三相電圧形インバータに流れる出力電流に対応した電流検出値に基づいて、高精度な電圧制御が可能となる。【０００５】
しかしながら、前述の電圧指令値の振幅が大きい領域では、三相の各相に対する電圧指令値の大きい順に三相の各相を「最大相」「中間相」及び「最小相」と仮称した場合に、最大相に於ける下アームのスイッチング素子がオンする時間は、電流検出器が正しい電流検出値を検出するのに必要な時間未満となるため、電流検出器は最大相の正しい電流検出値を検出することができず、前述のような電流検出値に基づく高精度な電圧制御ができなくなる可能性がある。【０００６】
又、従来、ＰＷＭ制御される三相電圧形インバータに於いて、ＰＷＭ制御に於ける搬送波の１周期毎に各相の下アームのうち、ＰＷＭ制御に基づくオフ時間がより短い何れか２つの相を選択し、この選択された２つの相の夫々の下アームへの通電電流を同時に電流検出器により検出し、その電流検出値をインバータの出力電流値としてＰＷＭ制御に用いるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
特許文献１に開示された従来の三相電圧形インバータによれば、所定の周期毎に好適な２つの相の通電電流を同時に検出することが可能となり、その電流検出値に基づく値を、例えば交流電動機のベクトル制御に於ける瞬時電流ベクトルとして扱うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３―７９１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の特許文献１に開示された従来の電力変換装置としての三相電圧形インバータの場合、選択された２つの相の夫々の下アームへの通電電流を同時に電流検出器により検出し、その電流検出値をインバータの出力電流値としてＰＷＭ制御に用いるようにしているが、２つの相のみの通電電流を検出するようにしているので、その電流検出値を静止二軸座標系若しくは回転二軸座標系に於ける二軸に変換しても零相ノイズ成分が現れることになる。【００１０】
そのため、特許文献１に開示された従来の電力変換装置は、三相電圧形インバータの出力電流に対応した正確な電流検出値を得ることができず、電圧指令値に追従して高精度に出力制御を行うことが困難となり、負荷として例えば三相交流回転電機が接続されている場合、三相交流回転電機のトルクリップル、振動、騒音を増大させる原因となることがあった。【００１１】
この発明は、従来の電力変換装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、電圧指令値の振幅が大きい領域に於いても、零相ノイズの影響を受けずに電流検出値に基づく高精度な制御が可能となる電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る電力変換装置は、
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記下アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最大相電圧指令が前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号の最大値に一致するように、前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令とを実質的に等しくシフトし、前記シフトされた前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令と、前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１３】
又、この発明による電力変換装置は、
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最大相電圧指令に対応する前記インバータの前記上アームのスイッチング素子がオンし、かつ前記中間相電圧指令及び前記最小相電圧指令に対応する前記下アームスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に於いて前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記最大相電圧指令に対応する前記電流検出値に基づいて、前記中間相電圧指令に対応する前記電流検出値と前記最小相電圧指令に対応する前記電流検出値とを補正するように構成されている、
ことを特徴とする。【００１５】
又、この発明による電力変換装置は、
二つの組の三相巻線を有する三相交流回転電機の前記二つの組の前記三相巻線に夫々電圧を印加するように構成され、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を各相毎に備えた二つの三相インバータと、
前記二つの前記三相インバータに於ける、三相の各相の前記下アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記二つの三相インバータは、夫々、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成され、
前記電流検出器は、
前記二つの三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記下アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する期間中に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記二つの三相インバータのうちの一方の三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータのうちの他方の三相インバータに於ける前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１６】
又、この発明による電力変換装置は、
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記各相の前記下アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最小相電圧指令が前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号の最小値に一致するように、前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令とを実質的に等しくシフトし、前記シフトされた前記最大相電圧指令と前記中間相電圧指令と前記最小相電圧指令と、前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対応する前記電流検出値に基づいて、前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対応する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１７】
更に又、この発明による電力変換装置は、
直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成された三相インバータと、
前記三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記電流検出器は、
前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令を、大きい順に最大相電圧指令、中間相電圧指令、最小相電圧指令としたときに、前記最小相電圧指令に対応する前記下アームスイッチング素子がオンし、且つ前記中間相電圧指令及び前記最大相電圧指令に対応する前記上アームスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する時刻に於いて、前記電流を検出して前記電流検出値を出力し、
前記制御装置は、
前記ＰＷＭ制御に於けるＰＷＭキャリア信号と、前記電圧を指令する三相の各相毎の電圧指令と、の比較に基づいて前記電圧を制御するように構成されると共に、
前記最小相電圧指令に対応する前記電流検出値に基づいて、前記中間相電圧指令に対応する電流検出値と前記最大相電圧指令に対応する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする。
【００１９】
又、この発明による電力変換装置は、
二つの組の三相巻線を有する三相交流回転電機の前記二つの組の前記三相巻線に夫々電圧を印加するように構成された二つの三相インバータと、
前記二つの前記三相インバータに於ける、三相の各相の上アームスイッチング素子に流れる電流を検出し、前記電流に対応する電流検出値を出力する電流検出器と、
前記電流検出器から出力された前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成された制御装置と、
を備えた電力変換装置であって、
前記二つの三相インバータは、夫々、直列接続された上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を三相の各相毎に備え、前記直列接続された前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の両端間に直流電源が接続され、前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子との直列接続部に接続された三相交流回転電機に電圧を印加するように構成され、
前記電流検出器は、
前記二つの三相インバータの前記各相の上アームスイッチング素子に於ける二つの相のスイッチング素子がオンとなり、前記三相インバータの前記各相の前記下アームスイッチング素子に於ける一つの相のスイッチング素子がオンとなる有効電圧ベクトルを発生する期間中に、前記電流を検出して前記電流検出値を出力するように構成され、
前記制御装置は、
前記二つの三相インバータのうちの一方の三相インバータに於ける前記下アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値に基づいて、前記二つの三相インバータのうちの他方の三相インバータに於ける前記上アームスイッチング素子がオンしている相に対する前記電流検出値を補正するように構成されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による電力変換装置によれば、電圧指令の振幅が大きい領域においても、三相の各相に於いて同相となる零相ノイズの影響を受けずに電流検出値に基づく高精度な制御が可能となり、三相交流回転電機のトルクリップル、振動、騒音等の不具合を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、オフセット電圧演算部の演算手順を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、修正三相電圧指令演算部の演算手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、三相電圧指令とオフセット電圧と修正三相電圧指令を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子の動作状況と、キャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。
【図６】図６は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、三相インバータの各スイッチング素子の夫々の動作パターンに対する電圧ベクトルを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、相電流演算部の演算手順を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、オフセット電圧演算部の演算手順を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、三相電圧指令とオフセット電圧と修正三相電圧指令を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子と、Ｕ相下アームスイッチング素子と、Ｖ相上アームスイッチング素子の動作と、キャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子と、Ｕ相下アームスイッチング素子と、Ｖ相上アームスイッチング素子のキャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による電力変換装置に於ける、相電流演算部の演算手順を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態４による電力変換装置の全体構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による電力変換装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の全体構成図である。図１に於いて、この発明の実施の形態１による電力変換装置は、三相インバータ３と、電流検出器４と、平滑コンデンサ５と、基本指令算出部６と、オフセット電圧演算部７ａと、修正三相電圧指令演算部８ａと、相電流演算部９ａとを備えている。ここで、基本指令算出部６と、オフセット電圧演算部７ａと、修正三相電圧指令演算部８ａと、相電流演算部９ａは、電力変換装置に於ける制御装置を構成し、この制御装置は、所定のプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータにより構成されている。
【００２３】
三相インバータ３の正極端子と負極端子は、直流電源２の正極側と負極側に夫々接続されている。又、三相インバータ３のＵ相端子ＵとＶ相端子ＶとＷ相端子Ｗは、負荷としての三相交流回転電機１のＵ相端子とＶ相端子とＷ相端子に夫々接続されている。三相インバータ３は、三相ブリッジ回路により構成され、Ｕ相上アームとＵ相下アームとの直列接続体からなるＵ相アームと、Ｖ相上アームとＶ相下アームとの直列接続体からなるＶ相アームと、Ｗ相上アームとＷ相下アームとの直列接続体からなるＷ相アームとを備えている。
【００２４】
ここで、実施の形態１、及び後述する実施の形態２から実施の形態５に於いては、直流電源２は、１０［Ｖ］の直流電圧Ｖｄｃを出力する直流電源により構成されているものとして説明する。
【００２５】
第１のスイッチング素子としてのＵ相上アームスイッチング素子ＳｕｐはＵ相上アームに接続され、第２のスイッチング素子としてのＵ相下アームスイッチング素子ＳｕｎはＵ相下アームに接続され、第３のスイッチング素子としてのＶ相上アームスイッチング素子ＳｖｐはＶ相上アームに接続され、第４のスイッチング素子としてのＶ相下アームスイッチング素子ＳｖｎはＶ相下アームに接続され、第５のスイッチング素子としてのＷ相上アームスイッチング素子ＳｗｐはＷ相上アームに接続され、第６のスイッチング素子としてのＷ相下アームスイッチング素子ＳｗｎはＷ相下アームに接続されている。
【００２６】
前述のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎは、夫々、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳパワートランジスタ等の半導体スイッチと、ダイオードとを逆並列に接続して構成されている。
【００２７】
三相インバータ３に於ける、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎは、後述する修正三相交流電圧により構成されるＵ相電圧指令ＶｕとＶ相電圧指令ＶｖとＷ相電圧指令Ｖｗと、直流電源２から入力された直流電圧Ｖｄｃと、に基づいて、例えば５０［μｓ］のキャリア周期ＴｃでＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御され、夫々のスイッチング素子のオンデューティが制御される。
【００２８】
三相インバータ３は、後述のＰＷＭ制御に基づいて、交流端子であるＵ相端子ＵとＶ相端子ＶとＷ相端子Ｗとから三相交流電圧を発生する。三相インバータのＵ相端子から出力されたＵ相電圧は、三相交流回転電機１のＵ相巻線に印加され、三相インバータ３のＶ相端子から出力されたＶ相電圧は、三相交流回転電機１のＶ相巻線に印加され、三相インバータ３のＷ相端子から出力されたＷ相電圧は、三相交流回転電機１のＷ相巻線に印加される。その結果、三相交流回転電機１のＵ相巻線にはＵ相電流Ｉｕ＿ｒｅａｌが通電され、Ｖ相巻線にはＶ相電流Ｉｖ＿ｒｅａｌが通電され、Ｗ相巻線にはＷ相電流Ｉｗ＿ｒｅａｌが通電させる。
【００２９】
ここで、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線を有する三相交流回転電機１は、例えば、永久磁石型同期回転電機、巻線界磁型同期回転電機、誘導回転電機、シンクロナスリラクタンスモータ等により構成される。直流電源２は、三相インバータ３に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２としては、例えば、バッテリー、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力することができる如何なる装置も用いることができる。
【００３０】
尚、三相インバータ３は、直流電源２の出力である直流電力を三相交流電力に変換して三相交流回転電機１に供給するときは、いわゆるＤＣ／ＡＣコンバータ、つまり順変換器としてのインバータとして動作し、三相交流回転電機１が発電機として動作して発電した三相交流電力を直流電力に変換して直流電源２に供給するときは、いわゆるＤＣ／ＡＣコンバータ、つまり逆変換器としてのコンバータとして動作するが、以下の説明では、説明の便宜上、「インバータ」と総称して説明する。
【００３１】
平滑コンデンサ５は、直流電源２の正極と負極との間の直流電圧Ｖｄｃを安定化させるコンデンサであって、三相インバータ３の正極端子と負極端子との間に接続されている。
【００３２】
電流検出器４は、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎに直列接続されたＵ相電流検出用抵抗素子Ｒｕと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎに直列接続されたＶ相電流検出用抵抗素子Ｒｖと、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎに直列接続されたＷ相電流検出用抵抗素子Ｒｗと、夫々オペアンプ等により構成された第１の増幅器８１と第２の増幅器８２と第３の増幅器８３と、を備えている。
【００３３】
第１の増幅器８１は、Ｕ相電流検出用抵抗素子Ｒｕの両端間の電圧を増幅して三相インバータ３のＵ相電流に対応したＵ相電流検出値Ｉｕとして出力する。第２の増幅器８２は、Ｖ相電流検出用抵抗素子Ｒｖの両端間の電圧を増幅して三相インバータ３のＶ相電流に対応したＶ相電流検出値Ｉｖとして出力する。第３の増幅器８３は、Ｗ相電流検出用抵抗素子Ｒｗの両端間の電圧を増幅して三相インバータ３のＷ相電流に対応したＷ相電流検出値Ｉｗとして出力する。電流検出器４から出力されたＵ相電流検出値ＩｕとＶ相電流検出値ＩｖとＷ相電流検出値Ｉｗは、夫々、後述する相電流演算部９ａに入力される。
【００３４】
基本指令算出部６は、後述するように、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂを演算により算出し、後述する修正三相電圧指令演算部８ａと後述するオフセット電圧演算部７ａに入力する。
【００３５】
オフセット電圧演算部７ａは、基本指令算出部６から出力された三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令Ｖｗｂに基づいて、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算して出力する。
【００３６】
ここで、オフセット電圧演算部７ａに於ける演算手順について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、オフセット電圧演算部の演算手順を示すフローチャートである。図２に於いて、先ず、ステップＳ１０１では、Ｕ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令Ｖｗｂのうち、大きい順に最大相、中間相、最小相としたときの最大相の電圧指令Ｖｍａｘを演算する。続いて、ステップＳ１０２では、直流電源２の直流電圧Ｖｄｃに定数「０．５」を乗算した値を、ステップＳ１０１で求めた最大相の電圧指令Ｖｍａｘから減算して、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算する。
【００３７】
図１に於いて、修正三相電圧指令演算部８ａは、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂと、オフセット電圧演算部７ａからのオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとに基づいて、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗとを演算して出力する。
【００３８】
ここで、修正三相電圧指令演算部８ａに於ける演算手順について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、修正三相電圧指令演算部の演算手順を示すフローチャートである。図３に於いて、ステップＳ２０１では、基本指令算出部６から入力された三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂの夫々から、オフセット電圧演算部７ａから入力されたオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを減算し、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗとを演算する。
【００３９】
次に、図１に於いて、修正三相電圧指令演算部８ａにより演算された修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗは、インバータ３に入力される。インバータ３では、修正三相電圧指令演算部８ａから入力された修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗと、ＰＷＭキャリア信号とを比較し、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎとに対する駆動信号に変換される。ここで、ＰＷＭキャリア信号は、最大値がインバータ３の出力上限値に等しく、下限値がインバータ３の出力下限値に等しく、周期がキャリア周期Ｔｃの三角波信号により構成されている。
【００４０】
一方、修正三相電圧指令演算部８ａから出力された修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗは、相電流演算部９ａにも入力される。相電流演算部９ａは、修正三相電圧指令演算部８ａから出力された修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗと、前述の電流検出器４から入力されたＵ相電流検出値ＩｕとＶ相電流検出値ＩｖとＷ相電流検出値Ｉｗとに基づいて、補正電流検出値としての補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃと補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃと補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを演算により算出して基本指令算出部６に入力する。
【００４１】
基本指令算出部６は、相電流演算部９ａから入力された補正電流検出値としての補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃと補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃと補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃと、外部からの制御指令Ｃｏｍに基づいて、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂを演算により算出して出力する。
【００４２】
ここで、基本指令算出部６に於ける、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂの演算方法としては、外部からの制御指令Ｃｏｍとしての三相交流回転電機１に対する速度指令（周波数）ｆを設定した上で、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令Ｖｗｂの振幅を決定する、いわゆるＶ／Ｆ制御に基づく演算方法を用いることができる。
【００４３】
又、基本指令算出部６に於ける、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂの別の演算方法として、外部からの制御指令Ｃｏｍとしての三相交流回転電機１に対する回転二軸上の電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ及びＩｑ＿ｒｅｆを設定し、この回転二軸上の電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ及びＩｑ＿ｒｅｆと、前述の相電流演算部９ａから出力された補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃと補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃと補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを三相交流回転電機１の回転二軸上の値に座標変換した電流Ｉｄｃ及びＩｑｃと、の偏差に基づいて、その偏差を「０」とすべく比例積分制御によってＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令Ｖｗｂを演算する、いわゆる電流フィードバック制御等の公知技術を使用することができる。
【００４４】
三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐと、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎは、前述のように、修正三相電圧指令演算部８ａから入力された修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗと、ＰＷＭキャリア信号と、を比較して生成された駆動信号に基づいて、ＰＷＭ制御される。
【００４５】
三相インバータ３は、前述のＰＷＭ制御に基づいて、交流端子であるＵ相端子ＵとＶ相端子ＶとＷ相端子Ｗから、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗとに夫々追従したＵ相電圧、Ｖ相電圧、及びＷ相電圧を出力し、三相交流回転電機１を駆動する。
【００４６】
次に、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂ、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔ、及び修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、について説明する。図４は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、三相電圧指令とオフセット電圧と修正三相電圧指令を示す説明図であって、Ａは、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂを示し、Ｂは、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを示し、Ｃは、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗを示している。尚、図４のＡ、Ｂ、Ｃに於いて、縦軸は電圧［Ｖ］、横軸は電気角［ｄｅｇ］を示している。
【００４７】
前述したように、直流電源２の出力電圧である直流電圧Ｖｄｃは、１０［Ｖ］に設定されているので、図４のＣに示される修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗが飽和せずに出力可能な電圧範囲は、「−５」［Ｖ］〜「＋５」［Ｖ］の範囲である１０［Ｖ］の区間である。そして、「−５」［Ｖ］がインバータ３の出力下限値(ＰＷＭキャリア信号の最小値)、「０」［Ｖ］がインバータ３の出力中心値(ＰＷＭキャリア信号の出力中心値)、そして「＋５」［Ｖ］がインバータ３の出力上限値(ＰＷＭキャリア信号の出力最大値)となる。
【００４８】
図４のＣに示されるように、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂに対して、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗは、その最大相がインバータ３の出力上限値(ＰＷＭキャリア信号の出力最大値)「＋５」［Ｖ］に一致するようにオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔに基づいてシフトされている。
【００４９】
ここで、図４に於ける時点（１）を例として、ＰＷＭキャリア信号Ｃ、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、及び三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎのキャリア周期Ｔｃについて説明する。図５は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子の動作状況と、キャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。
【００５０】
図５に於いて、縦軸に示す「１」は、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎが、オンであることを示し、「０」はそれらのスイッチング素子がオフであることを示している。
【００５１】
図５に於いて、キャリア信号Ｃと修正三相電圧指令とを相毎に比較し、修正三相電圧指令がキャリア信号Ｃより大きい場合に、各相の上アームスイッチング素子がオンとなり、修正三相電圧指令がキャリア信号Ｃより小さい場合に、各相の下アームのスイッチング素子がオンとなる。図４に於ける時点（１）での三相電圧指令の最大相はＵ相電圧指令Ｖｕｂであり、修正Ｕ相電圧指令Ｖｕは、ＰＷＭキャリア信号Ｃの最大値にシフトされるので、図五に示すように、キャリア周期Ｔｃの期間中、即ち時刻ｔ１〜ｔ３の期間中、常にＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐがオンとなり、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎがオフとなっている。尚、ＰＷＭキャリア信号Ｃは、時刻ｔ１〜ｔ３の期間に於ける中間時点である時刻ｔ２に於いて最大となる三角波形である。
【００５２】
図６は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、三相インバータの各スイッチング素子の夫々の動作パターンに対する電圧ベクトルを示す説明図である。図６に示すように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に於いては、インバータ３の各相の上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐと各相の下アームスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎとのうちの一方に於ける一つの相又は２つの相のスイッチング素子がオンとなっており、各相の上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐと各相の下アームスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎとのうちの他方に於ける２つの相又は一つの相のスイッチング素子がオンとなっている。ここで、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を有効電圧ベクトルと定義する。
【００５３】
続いて、前述の電流検出器４での電流検出値の検出時刻について説明する。この発明の実施の形態１に於いては、ＰＷＭキャリア信号Ｃが最大値となる時刻にて、電流検出器４は三相インバータ３の各相の電流を検出して電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力する。ＰＷＭキャリア信号Ｃが最大値となる時刻は、図５に於ける時刻ｔ２に一致する。図５に示すように、時刻ｔ２に於いて、Ｕ相上アームスイッチング素子ＳｕｐがオンでありＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎがオフであるので、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎに直列に接続されたＵ相電流検出用抵抗素子Ｒｕには電流が通電されないため、Ｕ相電流検出値Ｉｕは電流「０」［Ａ］に対応した値(厳密には後述する観測ノイズのみ)となる。
【００５４】
又、図５に示すように、時刻ｔ２に於いて、Ｖ相上アームスイッチング素子ＳｖｐがオフでありＶ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎがオンであるので、Ｖ相電流検出値Ｉｖは三相インバータ３のＶ相電流Ｉｖ＿ｒｅａｌに対応した値となる。更に、時刻ｔ２に於いて、Ｗ相上アームスイッチング素子ＳｗｐがオフでありＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎがオンであるので、Ｗ相電流検出値Ｉｗは三相インバータ３のＷ相電流Ｉｗ＿ｒｅａｌに対応した値となる。
【００５５】
図５、及び図６に示されるように、時刻ｔ２では、電圧ベクトルは有効電圧ベクトルＶ１となっている。ここで、この発明の実施の形態１による電力変換装置の効果を得るための電流検出値の検出タイミングは、ＰＷＭキャリア信号Ｃが最大値となる時刻ｔ２に限らず、電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ１となっている時刻ならばよい。これは、電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ１を出力している区間であれば、インバータ３の各スイッチング素子Ｓｕｐ〜Ｓｗｎの動作状態は、時刻ｔ２に於ける動作状態と変わらないためである。
【００５６】
同様に、この発明の実施の形態１による電力変換装置の効果を得るための電流検出値の検出タイミングは、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令ＶｗｂのうちでＶ相電圧指令Ｖｖｂが最大相である場合は、電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ３となっている時刻であればよく、又、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、及びＷ相電圧指令ＶｗｂのうちでＷ相電圧指令Ｗｖｂが最大相である場合は、電圧ベクトルが有効電圧ベクトルＶ５となっている時刻であればよい。
【００５７】
次に、前述の相電流演算部９ａに於ける演算の手順について説明する。図７は、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於ける、相電流演算部の演算手順を示すフローチャートである。図７に於いて、先ず、ステップＳ３０１では、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕ、修正Ｖ相電圧指令Ｖｖ、修正Ｗ相電圧指令Ｖｗのうちの最も大きい値を有する相の修正電圧指令を最大修正電圧指令Ｖｍａｘとする。続いて、ステップＳ３０２では、修正Ｕ相電圧指令Ｖｕが最大修正電圧指令Ｖｍａｘに一致するかを判定し、一致する場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３０４を実行し、一致しない場合（ＮＯ）、ステップＳ３０３を実行する。
【００５８】
ステップＳ３０３では、修正Ｖ相電圧指令Ｖｖが最大修正電圧指令Ｖｍａｘに一致するかを判定し、一致する場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３０５を実行し、一致しない場合（ＮＯ）、ステップＳ３０６を実行する。
【００５９】
ステップＳ３０２からステップＳ３０４に進むと、ステップＳ３０４では、Ｖ相電流検出値ＩｖからＵ相電流検出値Ｉｕを減算することで補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃを算出すると共に、Ｗ相電流検出値ＩｗからＵ相電流検出値Ｉｕを減算することで補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを算出する。
【００６０】
ステップＳ３０３からステップＳ３０５に進むと、ステップＳ３０５の処理に於いては、Ｕ相電流検出値ＩｕからＶ相電流検出値Ｉｖを減算することで補正Ｕ相電流検出値ｉｕｃを算出すると共に、Ｗ相電流検出値ＩｗからＶ相電流検出値Ｉｖを減算することで補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを算出する。
【００６１】
一方、ステップＳ３０３からステップＳ３０６に進むと、ステップＳ３０６の処理に於いては、Ｕ相電流検出値ＩｕからＷ相電流検出値Ｉｗを減算することで補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃを算出すると共に、Ｖ相電流検出値ＩｖからＷ相電流検出値Ｉｗを減算することで補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃを算出する。ここで、修正三相電圧指令演算部８ａの処理により、修正三相電圧指令のうちの最大相の修正三相電圧指令をＰＷＭキャリア信号Ｃの最大値に一致するようにしているので、前述のように図５に修正Ｕ相電圧指令が最大相の場合を示したように、電流検出値の取得時刻である時刻ｔ２に於いて、最大相の修正電圧指令である修正Ｕ相電圧指令Ｖｕは、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐをオンとする。これに対して、修正Ｖ相電圧指令Ｖｖは、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎをオンとし、修正Ｗ相電圧指令Ｖｗは、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎをオンとする。
【００６２】
従って、修正三相電圧指令の最大相がＵ相であるステップＳ３０４での演算と、修正三相電圧指令の最大相がＶ相であるステップＳ３０５での演算と、修正三相電圧指令の最大相がＷ相であるステップＳ３０６での演算は、下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値から、上アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を減算して、下アームスイッチング素子がオンしている相の補正電流検出値を算出することに等しい。
【００６３】
次に、ステップＳ３０４からステップＳ３０７に進むと、ステップＳ３０７では、補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃの符号反転値と補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃの符号反転値との和より、補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃを得る。又、ステップＳ３０５からステップＳ３０８に進むと、ステップＳ３０８では、補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃの符号反転値と補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃの符号反転値との和より、補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃを得る。更に、ステップＳ３０６からステップＳ３０９に進むと、ステップＳ３０９では、補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃの符号反転値と補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃの符号反転値との和より、補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを得る。
【００６４】
次に、前述の特許文献１に開示された従来の電力変換装置に対するこの発明の実施の形態１による電力変換装置の効果について述べる。三相インバータ３を流れるＵ相電流Ｉｕ＿ｒｅａｌ、Ｖ相電流Ｉｖ＿ｒｅａｌ、及びＷ相電流Ｉｗ＿ｒｅａｌを検出する電流検出器4に於いては、図１に示す第１の増幅器８１、第２の増幅器８２、及び第３の増幅器８３を用いて、各相の電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの両端の電圧(数ｍ［Ｖ］〜数百［ｍＶ］程度)をマイコンやＤＳＰに入力するのに適した電圧値(０［Ｖ］〜５［Ｖ］程度)へと増幅することが一般に行われる。各相に対応して設けられた第１の増幅器８１、第２の増幅器８２、及び第３の増幅器８３のグランド(基準電位)は共通の電位に設定されることが多い。そのため、前述したように各相の電流検出値に含まれる観測ノイズには、全相で位相が一致する同相成分が多く含まれる。
【００６５】
ここで、同相の観測ノイズを含めた各相の電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが、夫々下記の式(１)、式（２）、及び式（３）で表わされるとする。
【数１】
0006735827.tif 000002
【００６６】
【数２】
0006735827.tif 000003
【００６７】
【数３】
0006735827.tif 000004
【００６８】
ここで、θはモータ回転角度、Ｉａｍｐは電流振幅、Ｉｎｏｉｓｅは観測ノイズ、を表している。観測ノイズＩｎｏｉｓｅの周波数は、数１０［Ｈｚ］〜数［ｋＨｚ］程度である。
【００６９】
次に、下記の式（４）は、回転二軸上に於けるq軸電流ｉｑｃの定義式である。
【数４】
0006735827.tif 000005
【００７０】
前述の式（１）〜式（３）で表わされる電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが全て検出できた場合、電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを式（４）に代入すると下記の式（５）)が得られる。
【００７１】
【数５】
0006735827.tif 000006
【００７２】
従って、三相の電流検出値が全て検出できる場合、観測ノイズＩｎｏｉｓｅの影響は回転二軸上の電流には現れない。
【００７３】
一方、最大相の下アームスイッチング素子のオン時間(最大相の電流検出用抵抗素子に通電される時間)が、リンギングの影響を受けずに精度良く電流を検出するのに十分な時間未満となる場合について考える。その場合、特許文献１に開示された電力変換装置に於いては、例えば、最大相がＵ相である場合、Ｖ相電流及びＷ相電流を検出するため、その場合の三相電流検出値は、下記の式（６）、式（７）、式（８）のように決定する。
【００７４】
【数６】
0006735827.tif 000007
【００７５】
【数７】
0006735827.tif 000008
【００７６】
【数８】
0006735827.tif 000009
【００７７】
即ち、式（８）に示したＵ相電流ｉｕは、三相電流の和が零であることを利用して、Ｖ相電流検出値の符号反転値(-ｉｖ)とＷ相電流検出値の符号反転値(-ｉｗ)の和から算出している。
【００７８】
次に、式（６）、式（７）、式（８）を式（４）に代入すると、下記の式（９）となる。
【数９】
0006735827.tif 000010
【００７９】
従って、三相電流検出値から最大相以外の２つの相を選択するようにした特許文献１に記載の従来の電流検出方法を用いた場合、ノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅの影響が回転二軸上の電流にも発生し、基本指令算出部６はノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅを含む回転二軸上の電流に対して、電流指令値との偏差を零とするように三相電圧指令を演算するため、三相電圧指令にもノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅの影響が及び、三相交流回転電機１のトルクリップル、振動、騒音が増大する原因となる。
【００８０】
次に、前述と同じく最大相がＵ相である場合、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於いては、修正三相電圧指令演算部８ａに於ける処理により、修正三相電圧指令のうちの最大相の修正電圧指令がキャリア信号Ｃの最大値に一致するようにしたので、電流検出値の検出時刻である時刻ｔ２にて、図５に示したようにＵ相は、上アームスイッチング素子Ｓｕｐがオンしているため、下アームスイッチング素子Ｓｕｎには電流が通電されず、電流検出値は観測ノイズ成分のみとなる。
【００８１】
一方、Ｖ相、Ｗ相に於いては、下アームスイッチング素子Ｓｖｎ、Ｓｗｎがオンしているため、Ｖ相、Ｗ相の電流検出用抵抗素子Ｒｖ、Ｒｗに電流が通電されることから、電流検出値は三相インバータ３のＶ相、Ｗ相に通電される電流に対応した値に観測ノイズが加算された値が検出される。
【００８２】
その結果、電流検出値は、下記の式（１０）、式（１１）、式（１２）の通りとなる。
【数１０】
0006735827.tif 000011
【００８３】
【数１１】
0006735827.tif 000012
【００８４】
【数１２】
0006735827.tif 000013
【００８５】
次に、図７に於けるステップＳ３０４（又は、ステップＳ３０５、ステップＳ３０６）に示したように、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於いては、下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を最大相(又は、上アームスイッチング素子がオンしている相)の電流検出値で補正するようにしている。従って、Ｖ相、Ｗ相の電流検出値である前述の式（１１）、式（１２）を最大相であるＵ相の電流検出値である前述の式（１０）で減算すると下記の式（１３）、式（１４）が得られる。
【００８６】
【数１３】
0006735827.tif 000014
【００８７】
【数１４】
0006735827.tif 000015
【００８８】
又、図７に於けるステップＳ３０７により、補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃは、下記の式（１５）のようになる。
【数１５】
0006735827.tif 000016
【００８９】
次に、q軸電流の定義を示す前述の式（４）に於いて、［ｉｕ→ｉｕｃ］、［ｉｖ→ｉｖｃ］、［ｉｗ→ｉｗｃ］として前述の式（１３）、式（１４）、式（１５）を代入すると、下記の式（１６）が得られる。
【数１６】
0006735827.tif 000017
【００９０】
尚、電流検出器４を構成する、第１の増幅器８１、第２の増幅器８２、第３の増幅器８３、及び電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは、温度変化或いは経年変化によって特性が変化する。ほぼ同等の特性のものを使用するため、これによって生じるオフセット誤差はほぼ同等とみなすことができる。つまり、同相で重畳されるノイズ成分とみなしてもよく、ノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅは直流成分に対しても同様の効果を得ることができる。従って、式（１６）により明らかなように、ノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅを含む項が発生していないため、この発明の実施の形態１による電力変換装置に於いては、ノイズ成分Ｉｎｏｉｓｅの影響を受けることがない。
【００９１】
以上述べたように、この発明の実施の形態１による電力変換装置によれば、三相電圧指令のうちの最大相の電圧指令がＰＷＭキャリア信号の最大値に一致するように、各相を等しくシフトし、ＰＷＭキャリア信号が最大値となるタイミングで電流検出値を検出し、その検出タイミングに於いて三相インバータの上アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値で下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を補正することで、電流検出値に含まれる３つの相で同相となる観測ノイズの影響を低減することができるという従来の装置にない顕著な効果を奏することができる。
【００９２】
同様に、２組の三相巻線を有する三相交流回転電機に関して、１組の三相巻線につき１台の三相インバータ及び１つの電流検出器を備えることで、２組の三相巻線で合計２つの電流検出器を備えるようにした電力変換装置の場合に於いても、２つの電流検出器で共通の基準(グランド)電位が設定される場合には、この発明の実施の形態１による電力変換装置を適用することが可能である。
【００９３】
例えば、１方の電流検出器(以下、電流検出器Ａと称する)で検出した上アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値で他方の電流検出器(以下、電流検出器Ｂと称する)で検出した下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を補正することで、電流検出器Ｂに於ける電流検出値の観測ノイズの影響を低減することが可能である。同様に、電流検出器Ｂで検出した上アームのスイッチング素子がオンしている相の電流検出値で電流検出器Ａの下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を補正することで電流検出器Ａに於ける電流検出値の観測ノイズを低減することが可能である。
【００９４】
又、電流検出器４として、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐに夫々直列に電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを配置した場合、オフセット電圧演算部７ａにて、三相電圧指令のうちの最小相をＰＷＭキャリア信号Ｃの最小値に一致するようにシフトさせるようなオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算し、修正三相電圧指令演算部８aにて、修正三相電圧指令の最小相がＰＷＭキャリア信号Ｃの最小値に一致するようにシフトし、電流検出値をＰＷＭキャリア信号が最小値となる時刻で検出し、下アームスイッチング素子がオンしている最小相に対応する電流検出値にて、上アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を補正することによって、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。この発明の実施の形態２による電力変換装置の全体構成図は、前述の図１と同様である。実施の形態２による電力変換装置が実施の形態１による電力変換装置と異なる点は、オフセット電圧演算部の構成と電流検出値の検出時刻である。以下の説明では実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００９６】
図８は、この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、オフセット電圧演算部の演算手順を示すフローチャートである。図１に示すオフセット電圧演算部７ａは、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｂに基づいて、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算する。図８に於いて、先ず、ステップＳ６０１では、Ｕ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｂを、大きい順に最大相、中間相、最小相としたときの最小相の電圧指令である最小電圧指令Ｖｍｉｎを演算する。続いて、ステップＳ６０２では、直流電圧Ｖｄｃに定数「０．５」を乗算した電圧を、ステップＳ６０１で求めた最小電圧指令Ｖｍｉｎに加算して、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算する。
【００９７】
図９は、この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、三相電圧指令とオフセット電圧と修正三相電圧指令を示す説明図であって、Ａは、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂを示し、Ｂは、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを示し、Ｃは、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗを示している。尚、図４のＡ、Ｂ、Ｃに於いて、縦軸は電圧［Ｖ］、横軸は電気角［ｄｅｇ］を示している。
【００９８】
図９のＣに示す修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗの波形から判るように、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｂに対し、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕ、修正Ｖ相電圧指令Ｖｖ、修正Ｗ相電圧指令は、その最小相がインバータ出力下限値(ＰＷＭキャリア信号Ｃの出力最小値)に一致するように、各相が等しくシフトされている。
【００９９】
ここで、図９に於ける時点（１）、（２）を例として、ＰＷＭキャリア信号Ｃ、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、及び三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎのキャリア周期Ｔｃについて説明する。
【０１００】
図１０は、この発明の実施の形態２による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子と、Ｕ相下アームスイッチング素子と、Ｖ相上アームスイッチング素子のキャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。前述の実施の形態１による電力変換装置に於いては、ＰＷＭキャリア信号Ｃが最大値となる時刻ｔ２で電流を検出したが、実施の形態２による電力変換装置に於いては、図１０に示すように、時刻ｔ２の直前でＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐがオンからオフに切替ると共に、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎがオフからオンに切替っていることに起因して、時刻ｔ２では、電流検出値にリンギングが含まれるため、三相インバータ３から出力される電流を正確に検出することができない。
【０１０１】
そこで、実施の形態２よる電力変換装置では、時刻ｔ２より時間Ｔｘ１だけ前の時刻ｔ４にて電流を検出する。時間Ｔｘ１は、時刻ｔ２に対して、最大相(図１０の場合ではＵ相)の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子がスイッチングする直前となるように設定される。図１０の時刻ｔ４に於いて、オンしている(「1」となっている)スイッチング素子スイッチは、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎである。
【０１０２】
従って、時刻ｔ４では、最大相では上アームのスイッチング素子がオンしており、中間相及び最小相は下アームスイッチング素子がオンしていることで前述の有効電圧ベクトルを形成している。実施の形態２よる電力変換装置では、時刻ｔ４にて検出した電流検出値に対して実施の形態１よる電力変換装置で述べた相電流演算部９ａの処理を施すことで、最大相に対応する電流検出値で中間相および最小相に対応する電流検出値が補正され、中間相および最小相に対応する電流検出値に含まれる観測ノイズの影響を低減させることが可能となる。
【０１０３】
又、電流検出器４として、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐに夫々直列に電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが配置されている場合、オフセット電圧演算部７ｂにて、最大相がＰＷＭキャリアの最大値に一致するようにシフトするようなオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを演算し、最小相は下アームのスイッチング素子がオン、最大相、中間相は上アームのスイッチング素子がオンするタイミングで電流検出値を取得し、相電流演算部９ａにて前述と同様の補正を行うことによって、前述と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【０１０４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置について説明する。この発明の実施の形態３による電力変換装置の全体構成図は、前述の図１と同様である。実施の形態３による電力変換装置が実施の形態２による電力変換装置と異なる点は、電流検出値の検出時刻と相電流演算部９ｂの構成である。以下の説明では実施の形態２と異なる点を中心に説明する。図１１は、この発明の実施の形態３による電力変換装置に於ける、ＰＷＭキャリア信号と、修正三相電圧指令と、三相インバータの各スイッチング素子と、Ｕ相下アームスイッチング素子と、Ｖ相上アームスイッチング素子のキャリア周期Ｔｃについて説明する説明図である。
【０１０５】
図１１は、前述の実施の形態２に於ける図９の時点（３）に対応して、ＰＷＭキャリア信号Ｃ、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、及び三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎと、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ、及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎのキャリア周期Ｔｃに於ける波形を示している。
【０１０６】
図１１に於いて、この実施の形態３による電力変換装置では、時刻ｔ２から時間Ｔｘ２だけ前の時刻ｔ５にて電流検出値を検出する。図１１に示すように、電流検出値を検出する時刻ｔ５に於いて、オンしている(「1」となっている)スイッチング素子は、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐと、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎである。従って、時刻ｔ５では、最大相であるＵ相、及び中間相であるＶ相では、上アームスイッチング素子がオンしており、最小相であるＷ相では、下アームのスイッチング素子がオンすることで、前述の有効電圧ベクトルを形成している。
【０１０７】
次に、この発明の実施の形態３による電力変換装置に於ける、相電流演算部９ｂの演算手順について説明する。図１２は、この発明の実施の形態３による電力変換装置に於ける、相電流演算部の演算手順を示すフローチャートである。図１２に於いて、ステップＳ７０１では、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗとのうちの、最も小さい値を修正最小電圧指令Ｖｍｉｎとする。続いて、ステップＳ７０２では、修正Ｕ相電圧指令ＶｕがＶｍｉｎに一致するかを判定し、一致する（ＹＥＳ）場合、ステップＳ７０４を実行し、一致しない（ＮＯ）場合、ステップＳ７０３を実行する。
【０１０８】
ステップＳ７０２からステップＳ７０３に進むと、ステップＳ７０３では、修正Ｖ相電圧指令Ｖｖが修正最小電圧指令Ｖｍｉｎに一致するかを判定し、一致する（ＹＥＳ）場合、ステップＳ７０５を実行し、一致しない（ＮＯ）場合、ステップＳ７０６を実行する。
【０１０９】
ステップＳ７０２からステップＳ７０４に進むと、ステップＳ７０４では、最小相であるＵ相の電流検出値であるＵ相電流検出値ＩｕからＶ相電流検出値Ｉｖを減算することで補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃを算出する。
【０１１０】
ステップＳ７０３からステップＳ７０５に進むと、ステップＳ７０５の処理に於いては、最小相であるＶ相の電流検出値であるＶ相電流検出値ＩｖからＷ相電流検出値Ｉｗを減算する。一方、ステップＳ７０３からステップＳ７０６に進むと、ステップＳ７０６の処理に於いては、最小相であるＷ相の電流検出値であるＷ相電流検出値ＩｗからＵ相電流検出値Ｉｕを減算する。
【０１１１】
以上述べたように、相電流演算部９ｂでは、最大相、中間相のうちの何れかの相の電流検出値により、最小相に於ける電流検出値を減算するといった補正を実施することによって、観測ノイズの影響を低減した最小相に於ける電流検出値が得られるといった従来の装置にない顕著な効果を奏する。
【０１１２】
又、電流検出器４として、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、及びＷ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐに、夫々直列に電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが配置されている場合、相電流演算部９ｂにて、最大相に於ける電流検出値から他の２つの相のうち何れか(中間相又は最小相)の電流検出値を減算するといった補正演算を実施することによって、観測ノイズの影響を低減した最大相に対する電流検出値が得られることは言うまでもない。
【０１１３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による電力変換装置について説明する。図１３は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の全体構成図である。図１３に示す実施の形態４による電力変換装置が、前述の図１に示す実施の形態１による電力変換装置と異なるのは、第１の座標変換器１０１ａと、第２の座標変換器１０１ｂと、減算器１０２と、基本指令算出部６ｂである。ここで、第１の座標変換器１０１ａと、第２の座標変換器１０１ｂと、減算器１０２と、基本指令算出部６ｂと、オフセット電圧演算部７ａと、修正三相電圧指令演算部８ａは、電力変換装置に於ける制御装置を構成し、この制御装置は、所定のプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータにより構成されている。以下の説明では、実施の形態１と重複する箇所については説明を省略する。
【０１１４】
図１３に於いて、第１の座標変換器１０１ａは、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、及び電流検出値としてのＵ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗに基づいて、静止二軸上の電流検出値Ｉα１、Ｉβ１を演算する。
【０１１５】
第２の座標変換器１０１ｂは、修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗ、及びＵ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗに基づいて、静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２を演算する。
【０１１６】
減算器１０２は、第１の座標変換器１０１ａから出力された静止二軸上の電流検出値Ｉα１、Ｉβ１から、第２の座標変換器１０１ｂから出力された静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２を夫々減算することで、静止二軸上の電流検出値Ｉαｃ、Ｉβｃを補正演算する。
【０１１７】
基本指令算出部６ｂは、静止二軸上の電流検出値Ｉαｃ、Ｉβｃに基づいて三相交流回転電機１を駆動するための三相インバータ３が印加する電圧に係る三相電圧指令としてのＵ相電圧指令ＶｕｂとＶ相電圧指令ＶｖｂとＷ相電圧指令Ｖｗｂを演算する。
【０１１８】
次に、第１の座標変換器１０１ａについて述べる。第１の座標変換器１０１ａでは、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗの値に応じて、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗの検出時刻ｔ２に於いて、下アームスイッチング素子がオンしている相に関する電流検出値に基づいて座標変換を行い、静止二軸上の電流検出値Ｉα１、Ｉβ１を演算する。
【０１１９】
例えば、修正三相電圧指令の大小関係がＶｕ＞Ｖｖ＞Ｖｗであるとすると、時刻ｔ２では、Ｕ相では上アームスイッチング素子がオンし、Ｖ相、Ｗ相では下アームのスイッチング素子がオンするため、第１の座標変換器１０１ａでは、Ｖ相電流検出値Ｉｖ及びＷ相電流検出値Ｉｗと、Ｖ相電流検出値Ｉｖの符号反転値とＷ相電流検出値Ｉｗの符号反転値と、の和として演算したＵ相電流検出値Ｉｕを用いて、静止二軸上の電流検出値Ｉα１、Ｉβ１に変換する。
【０１２０】
続いて、第２の座標変換器１０１ｂについて述べる。第２の座標変換器１０１ｂでは、修正三相電圧指令としての修正Ｕ相電圧指令Ｖｕと修正Ｖ相電圧指令Ｖｖと修正Ｗ相電圧指令Ｖｗの値に応じて、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗの検出時刻ｔ２に於いて、上アームスイッチング素子がオンしている相に関する電流検出値に基づいて座標変換を行い、静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２を演算する。
【０１２１】
例えば、修正電圧指令の大小関係がＶｕ＞Ｖｖ＞Ｖｗとすると、時刻ｔ２では、Ｕ相では上アームスイッチング素子がオンし、Ｖ相、Ｗ相では下アームスイッチング素子がオンするため、座標変換器１０２ａでは、Ｕ相電流検出値Ｉｕのみを用い、Ｖ相電流検出値ＩｖとＷ相電流検出値Ｉｗを零として、静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２に変換する。座標変換器１０１ｂでは、上アームのスイッチング素子がオンしている相の電流検出値のみを用いているので、静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２は、観測ノイズの静止二軸上での値に等しい。
【０１２２】
減算器１０２にて、第１の座標変換器１０１ａより出力された静止二軸上の電流検出値Ｉα１、Ｉβ１から第２の座標変換器１０１ｂより出力された静止二軸上の電流検出値Ｉα２、Ｉβ２を夫々減算して補正することで、観測ノイズを低減した静止二軸上の電流検出値Ｉαｃ、Ｉβｃを得ることができる。
【０１２３】
次に、基本指令算出部６ｂに於ける三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｂの演算方法について述べる。外部からの制御指令Ｃｏｍとして三相交流回転電機１の回転二軸上の電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ、Ｉｑ＿ｒｅｆを設定し、この電流指令Ｃｏｍと、減算器１０２より出力された静止二軸上の電流検出値Ｉαｃ、Ｉβｃを三相交流回転電機１の回転二軸上の値に座標変換した電流Ｉｄｃ、Ｉｑｃと、の偏差に基づいて、その偏差を「０」とすべく比例積分制御によって、三相電圧指令としてのＵ相電圧指令Ｖｕｂ、Ｖ相電圧指令Ｖｖｂ、Ｗ相電圧指令Ｖｗｂを演算する電流フィードバック制御等の技術を使用する。
【０１２４】
この発明の実施の形態４による電力変換装置に於いては、第１の座標変換器１０１ａ、第２の座標変換器１０１ｂ、減算器１０２に関して、静止二軸(α―β)上での電流検出値の場合について説明したが、回転二軸(ｄ−ｑ軸)上での電流検出値に座標変換することで三相電圧指令の演算を実現することも同様に行えることは言うまでもない。
【０１２５】
又、電流検出器４として、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐに夫々直列に電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが配置されている場合、下アームスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を二軸上に変換した電流値で、上アームのスイッチング素子がオンしている相の電流検出値を二軸上に変換した電流値を補正する構成とすることで、同様に三相電圧指令の演算を実現できることは言うまでもない。
【０１２６】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による電力変換装置について説明する。図１４は、この発明の実施の形態５による電力変換装置の全体構成図である。図１４に示す実施の形態５による電力変換装置が、前述の図１に示す実施の形態１による電力変換装置と異なるのは、オフセット演算部２０１、減算器２０２である。ここで、オフセット演算部２０１と、減算器２０２と、基本指令算出部６と、オフセット電圧演算部７ａと、修正三相電圧指令演算部８ａと、相電流演算部９ａは、電力変換装置に於ける制御装置を構成し、この制御装置は、所定のプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータにより構成されている。以下の説明では、実施の形態１と重複する箇所については説明を省略する。
【０１２７】
図１４に於いて、オフセット演算部２０１は、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐが全てオンする前述のＶ７電圧ベクトル発生時刻でのＵ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗを、夫々、オフセット電流値としてのＵ相オフセット電流値Ｉｕ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ相オフセット電流値Ｉｖ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｗ相オフセット電流値Ｉｗ＿ｏｆｆｓｅｔとして出力する。
【０１２８】
減算器２０２は、相電流演算部９ａより出力された補正電流検出値としての補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃ、補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃ、補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを、Ｕ相オフセット電流値Ｉｕ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ相オフセット電流値Ｉｖ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｗ相オフセット電流値Ｉｗ＿ｏｆｆｓｅｔにより夫々減算し、この減算された電流検出値を基本指令算出部６に出力する。
【０１２９】
次に、オフセット演算部２０１を導入したことによる効果について説明する。Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗには観測ノイズＩｎｏｉｓｅの他に、第１の増幅器８１、第２の増幅器８２、第３の増幅器８３の温度ドリフトに起因するオフセット成分が存在する。温度ドリフトによって、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ、Ｗ相電流検出値Ｉｗにオフセットが含まれることで、三相交流回転電機１より電気角１次のトルクリップル、騒音、振動が生じる。ここで、全相の上アームスイッチング素子がオンする時刻での電流検出値はオフセット成分に等しいことに着目し、減算器２０２で補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃ、補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃ、補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを補正することによって、観測ノイズの他に、第１の増幅器８１、第２の増幅器８２、第３の増幅器８３による温度ドリフトによるオフセット成分も補正できるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【０１３０】
又、電流検出器４として、三相インバータ３のＵ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐに夫々直列に電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが配置されている場合、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎ、Ｖ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎ、Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎがオンする前述のＶ０電圧ベクトル発生タイミングにてＵ相オフセット電流Ｉｕ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｖ相オフセット電流Ｉｖ＿ｏｆｆｓｅｔ、Ｗ相オフセット電流Ｉｗ＿ｏｆｆｓｅｔを検出し、補正Ｕ相電流検出値Ｉｕｃ、補正Ｖ相電流検出値Ｉｖｃ、補正Ｗ相電流検出値Ｉｗｃを補正する演算を実施することによって、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１３１】
尚、この発明は前述の実施の形態１〜５に記載の電力変換装置に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態から５に記載の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
この発明は、直流電力と交流電力との電力変換を行う電力変換装置の分野、ひいてはその電力変換装置を用いる分野に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  三相交流回転電機、２  直流電源、３  三相インバータ、４  電流検出器、５  平滑コンデンサ、６、６ｂ  基本指令算出部、７ａ  オフセット電圧演算部、８ａ  修正三相電圧指令演算部、９ａ  相電流演算部、１０１ａ  第１の座標変換器、１０１ｂ  第２の座標変換器、１０２  減算器、２０１  オフセット演算部、２０２  減算器。
【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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