(57)【要約】【課題】交流を直流に変換する順変換器と直流を交流に変換する逆変換器の間に平滑化コンデンサを備え、特に、複数の単相セルインバータを出力側で直列接続した直列多重インバータを小形化すること。【解決手段】各単相インバータの直流入力電流Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗを演算し、この電流値を用いて各単相インバータの直流入力電圧の変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗを推定し、インバータの各相の出力電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を補正する。【効果】単相インバータによって平滑コンデンサから負荷へ供給される電力は、交流出力周波数の２倍周波数で大きく変動する。このため、直流入力電流・電圧の変動が大きくなり易く、平滑コンデンサ容量を低減すると、さらに直流電圧変動が大きくなり、電動機トルク変動が発生し易くなるが、直流電圧検出手段を必要とせず、これを推定して電圧指令を効果的に補正することにより、トルク変動を抑制し、小形の電力変換装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を交流に変換する電力変換器と、この電力変換器に対して交流の出力電圧指令を与える電圧指令演算手段と、前記電力変換器の出力電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段の検出結果を用いて前記出力電圧指令を補正する電圧指令補正手段を備えた電力変換装置において、前記電力変換器の直流入力電流を演算する直流入力電流演算手段と、ここで演算した直流入力電流値を用いて前記電圧指令演算手段の電圧指令を補正する補正演算手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、演算した前記直流入力電流値を用いて、前記電力変換器の直流入力電圧の変動量を推定する直流電圧変動量演算手段と、その推定結果から前記電圧指令演算手段からの電圧指令値を補正する補正演算手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段を備え、前記直流入力電流を演算する電流演算手段は、前記出力電流検出手段による検出値を用いて前記電力変換器の直流入力電流を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１において、前記電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記直流入力電流を演算する電流演算手段は、前記電圧検出手段の検出値又は前記出力電圧指令と、前記電流検出手段の検出値を用いて、前記電力変換器の直流入力電流を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１において、前記電力変換器の出力電流を各相毎に検出する電流検出手段と、各相毎の電流指令を出力する電流指令手段と、これらの電流指令と前記電流検出手段の出力の偏差に応じて前記電圧指令を出力する電流制御手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１の電力変換装置から給電される交流電動機と、この交流電動機によって駆動されるファン又はポンプを備えたことを特徴とするファン又はポンプ駆動システム。
【請求項７】
各相毎に交流側で直列接続した複数のセルインバータを有し、直流を交流に変換する電力変換器と、この電力変換器に対して交流の出力電圧指令を与える電圧指令演算手段と、前記電力変換器の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、この出力電圧検出手段の検出結果を用いて前記出力電圧指令を補正する出力電圧指令補正手段を備えた電力変換装置において、前記出力電圧指令補正手段は、各相毎の直流入力電流を演算する電流演算手段と、ここで演算した直流入力電流値を用いて前記電圧指令演算手段の各相毎の電圧指令値を補正する補正演算手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７において、演算した前記直流入力電流値を用いて、前記電力変換器の直流入力電圧の変動量を推定する直流電圧変動量演算手段と、その推定結果から前記電圧指令演算手段からの電圧指令値を補正する補正演算手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項７において、前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段を備え、前記直流入力電流を演算する電流演算手段は、前記出力電流検出手段による検出値を用いて前記電力変換器の直流入力電流を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項７において、前記電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記直流入力電流を演算する電流演算手段は、前記電圧検出手段の検出値又は前記電圧指令値と、前記電流検出手段の検出値を用いて、前記電力変換器の直流入力電流を演算することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項７において、前記電力変換器の出力電流を各相毎に検出する電流検出手段と、各相毎の電流指令を出力する電流指令手段と、これらの電流指令と前記電流検出手段の出力の偏差に応じて前記電圧指令を出力する電流制御手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項７の電力変換装置から給電される交流電動機と、この交流電動機によって駆動されるファン又はポンプを備えたことを特徴とするファン又はポンプ駆動システム。
【請求項１３】
直流を交流に変換する電力変換器に対して交流の出力電圧指令を与えるステップと、前記電力変換器の出力電圧を検出するステップと、この出力電圧検出結果を用いて前記出力電圧指令を補正するステップを備えた電力変換装置の制御方法であって、直流入力電流を演算するステップと、ここで演算した電流値に基いて前記出力電圧指令を補正するステップを含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３において、直流入力電流を演算するステップで演算した電流値を用いて、前記電力変換器の各相毎の入力電圧の変動量を推定するステップと、この入力電圧の変動量に基いて各相毎の前記出力電圧指令を補正するステップを含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１５】
請求項１３において、前記電力変換器の出力電流を検出するステップと、この出力電流検出値を用いて前記電力変換器の直流入力電流を演算するステップを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１６】
請求項１３において、前記電力変換器の出力電流を検出するステップ又は前記電力変換器の出力電流を指令するステップと、前記出力電圧の検出値又は指令値及び前記出力電流の検出値又は指令値とに基いて、前記電力変換器の直流入力電流を演算するステップを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１７】
請求項１３において、直列に接続した複数の単相セルインバータの出力電圧を加算して負荷に印加するステップを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置及びその制御方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電力変換器を用いて交流電動機を駆動する場合においては、電源より供給される交流電力を電力変換器にて一旦直流に変換し、さらに所要の可変電圧可変周波数の交流電力に変換する。ここで、入力側の交流電源電圧の変動等により電力変換器内部の直流電圧が変動すると、電力変換器の出力電圧が変動し、電動機の速度やトルクに変動が生じる。これに対して、変換器内の直流電圧が検出可能な場合には、特許文献１に開示されているように、直流電圧検出値に基き出力電圧指令を補正する技術が知られている。一方、変換器内の直流電圧検出が不可能な場合には、例えば、特許文献２に開示されているように、出力電圧検出値と出力電圧指令を比較し、その結果に基づいて出力電圧指令値を補正する技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３１１７８７号公報（要約、その他全体）
【特許文献２】
特開２００１−１２８４５９号公報（要約、その他全体）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
交流を入力し交流を出力する電力変換器においては、交流を直流に変換する順変換器と、直流を交流に変換する逆変換器の間の直流路に、直流電圧を平滑化するためのコンデンサが接続されている。この平滑コンデンサが変換器内に占める容積は大きく、電力変換器の小形化のためには、平滑コンデンサ容量の低減が必要となる。しかし、コンデンサ容量を低減した場合、入力側の電源変動だけでなく、出力側の負荷（電力）変動に起因した直流電圧の変動量が大きくなる。特に、単相セルインバータを直列に接続して高圧電動機を駆動するいわゆる直列多重インバータシステムにおいて、平滑コンデンサ容量を低減すると直流電圧の変動量が大きくなり、この影響により電動機のトルク変動が発生し易いことが分った。また、変換器内の直流電圧を検出する装置を設けることは、部品点数が増加し複雑となる。
【０００５】
本発明の目的は、直流／交流変換器の直流入力電圧を検出することなく、入力側の平滑コンデンサの容量を低減しても、出力電圧の変動を軽減し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、複数の単相セルインバータを直列接続した直列多重インバータ（以下、直列多重インバータと記す）において、平滑コンデンサを低減し、直流電圧を検出することなく、出力電圧変動を軽減できる電力変換装置とその制御方法を提供することである。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、直列多重インバータから交流電動機に給電し、ファン又はポンプを駆動するシステムにおいて、直流電圧を検出することなく、電動機トルクの変動を軽減でき、電力変換装置部を小型化することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はその一面において、インバータの直流入力電流を推定演算する電流演算手段と、演算した電流値を用いて前記インバータの直流入力電圧の変動量を推定する手段を備え、その推定結果に基いてインバータの出力電圧指令値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、インバータの入力側の平滑コンデンサの容量を低減しても、インバータ内の直流入力電圧を検出することなく、出力電圧の変動を軽減できる。
【００１０】
本発明は他の一面において、単相インバータの直流入力電流を演算する電流演算手段と、演算した電流値を用いて単相インバータの直流電圧変動量を推定する直流電圧変動量推定手段を備え、その推定結果に基いて出力電圧指令値を補正する補正手段を設ける。
【００１１】
本発明は更に他の一面において、各相毎に単相セルインバータの出力側を直列接続した直列多重インバータにおいて、各単相インバータの直流入力電流を演算する電流演算手段と、演算した電流値を用いて前記各単相インバータの直流電圧変動量を推定する直流電圧変動量推定手段を備え、その推定結果に基いて各相毎に出力電圧指令値を補正する補正手段を設ける。
【００１２】
これにより、各単相インバータの入力側の平滑コンデンサの容量を低減し、負荷変動に対しても、各相インバータの直流入力電圧を検出することなく、インバータの出力電圧の変動を軽減できる。
【００１３】
特に、単相セルインバータを直列に接続して高圧電動機を駆動する直列多重インバータシステムにおいては、３レベルインバータと違って、単相セルインバータの直流入力電流が出力電流の２倍の周波数という低い周波数で変動する。このため、平滑コンデンサ容量を低減すると直流電圧の変動を抑制することが難しく、この影響により電動機のトルク変動を発生し易い。しかも、この直流電圧の変動量は、３レベルインバータとは違って各相で変動位相が異なるため、各相毎に出力電圧指令値を補正することにより、効果的に出力電圧の変動を軽減する。
【００１４】
本発明のその他の目的及び特徴は以下に述べる実施形態で明らかにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による電力変換装置の全体構成ブロック図である。図１において、交流電源１の交流電力を変圧器２を介してＡＣ／ＡＣ電力変換器である直列多重インバータ３に取り込む。このＡＣ／ＡＣ変換器３は、Ｕ〜Ｗ相インバータユニット３ｕ〜３ｗから成り、各相ユニットは、Ｕ相のみを図示するように、ｎ個の単相セルインバータ３ｕ１〜３ｕｎを出力側で直列に接続して直列多重インバータを構成する。この直列多重インバータ３は、変圧器２より出力される交流電力を、高電圧の可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、交流電動機４に供給している。直列多重インバータ３内の各単相セルインバータ３ｕ１〜３ｕｎ内では、交流電圧を順変換器１１で直流電圧に変換し、この直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１２を備え、逆変換器１３でパルス幅変調（ＰＷＭ）した電圧を出力する。これらの各セルインバータ３ｕ１〜３ｕｎの出力電圧は、Ｕ相セルユニット３ｕ、Ｖ相セルユニット３ｖ、Ｗ相セルユニット３ｗの各ユニット内で加算され、３相交流電圧として交流電動機４へ出力されている。この例では、交流電動機４は、ポンプ又はファンシステム４０を負荷として駆動している。
【００１７】
直列多重インバータ３の出力電流Ｉｕ〜Ｉｗは出力電流検出手段５で検出し、その出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗは出力電圧検出手段６で検出し、それぞれ制御手段７へ出力する。制御手段７内では、電圧指令演算手段７１において、速度（周波数）指令ｆ*と電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗに基づいて、Ｖ／ｆ一定制御又は速度センサレスベクトル制御等により、電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を演算する。この電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を、電圧指令補正演算手段７２を介してＰＷＭ制御手段７３に導き、ＰＷＭ制御信号７４を発生してインバータ３をＰＷＭ制御する。
【００１８】
この実施形態においては、直流入力電流演算手段７５と直流電圧変動量演算手段７６を通して電圧指令補正演算手段７２で実行する電圧指令の補正演算に特徴がある。
【００１９】
まず、直流入力電流演算手段７５に対して、電流検出手段５からの各相毎の電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗと、電圧検出手段６からの各相毎の電圧検出値Ｖｕ〜Ｖｗが入力される。ここで各相毎に、単相セルインバータ３ｕ１〜３ｕｎ，３ｖ１〜３ｖｎ及び３ｗ１〜３ｗｎ（Ｕ相のみ図示）の直流入力電流Ｉｄｃｕ，Ｉｄｃｖ及びＩｄｃｗを演算する。直流電圧変動量演算手段７６には、直流入力電流演算手段７５から出力される各相毎の直流電流演算値Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗが入力され、直流入力電圧の各相毎の変動量ΔＶｄｃｕ（ｓ）〜ΔＶｄｃｗ（ｓ）を演算する。電圧指令補正演算手段７２では、電圧指令演算手段７１から与えられた電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を、直流電圧変動量演算手段７６から得られた直流電圧変動量演算値ΔＶｄｃｕ（ｓ）〜ΔＶｄｃｗ（ｓ）に基いて各相毎に補正する。そして、補正後の各相毎の電圧指令値Ｖｕ**〜Ｖｗ**をＰＷＭ制御手段７３に与えて、ＰＷＭ制御信号７４を発生して直列多重インバータ３をＰＷＭ制御する。
【００２０】
この実施形態においては、複数（ｎ個）の単相セルインバータを出力側で直列に接続して高圧電動機４を駆動するシステムである。このため、単相セルインバータ３ｕ１で考えると、単相インバータ１３によって平滑コンデンサ１２から負荷３へ供給される電力は、交流出力周波数の２倍という低い周波数で変動する。このため、直流入力電流ならびにそれにより変動する直流電圧の変動が大きくなり易く、平滑コンデンサ１２の容量を低減すると、さらに直流電圧変動が大きくなり、電動機４のトルク変動が発生する。従って、複数の単相セルインバータを出力側で直列接続した直列多重インバータにおいては、特に、直流電圧の変動に対して、出力電圧を補正することが必要である。
【００２１】
次に、この実施形態における補正方法について述べる。まず、電動機４の１相分の電力Ｐｄｃ（Ｐｄｃｕ〜Ｐｄｃｗ）は（１）式で表わされる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ここで、Ｖは電動機相電圧、Ｉは電動機相電流、φは電動機の力率角である。（１）式の第２項が示すように、単相インバータの電力Ｐｄｃは、電動機回転周波数ωの２倍という低い周波数で変動する。そして、単相セルインバータには、電力Ｐｄｃｕ〜Ｐｄｃｗに比例した直流電流Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗが流れ、この直流電流の変動により平滑コンデンサ１２の両端の直流電圧Ｖｄｃｕ〜Ｖｄｃｗが大きく変動する。この変動により直列多重インバータ３の出力電圧に歪が生じ、電動機４のトルクに変動が生じる。
【００２４】
このように、直列多重インバータ３においては、直流電圧の変動が大きく、その変動が電動機トルクに与える影響が大きい。そこで、このトルクの変動を抑制するため、本実施形態においては、次のようにして電圧指令を補正する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態による電力変換装置の電圧補正処理フローチャートである。まず、ステップ２０１で、直流入力電流演算手段７５において、Ｕ〜Ｗ相の各単相インバータユニット３ｕ〜３ｗの直流入力電流Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗを（２）式に基いて演算する。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
すなわち、電流検出手段５の電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗと、電圧検出手段６の電圧検出値Ｖｕ〜Ｖｗの積である各相分のパワーＰｄｃｕ〜Ｐｄｃｗを、各セルの直流電圧平均値Ｖｄｃｈとセルの直列数ｎで除算し、各相毎の直流電流を演算する。
【００２８】
次に、図２のステップ２０２では、直流電圧変動量演算手段７６において、各相毎の直流電圧変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗを（３）式に基づいて推定演算する。
【００２９】
ΔＶｄｃｕ（ｓ）＝Ｇｕ（ｓ）×Ｉｄｃｕ（ｓ）
ΔＶｄｃｖ（ｓ）＝Ｇｖ（ｓ）×Ｉｄｃｖ（ｓ）        ………………（３）
ΔＶｄｃｗ（ｓ）＝Ｇｗ（ｓ）×Ｉｄｃｗ（ｓ）
すなわち、直流電圧の基準電圧Ｖｄｃｋに対する、直流電圧の平均電圧Ｖｄｃｈと各相毎の変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗの和の割合の逆数を、電圧指令値Ｖｕ＊〜Ｖｗ＊に乗算する。
【００３０】
すなわち、各相インバータユニット３ｕ〜３ｗのモデルＧｕ（Ｓ）〜Ｇｗ（ｓ）（伝達関数又はブロック線図モデル）に、直流電流演算値を入力し、各相毎の直流電圧変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗを推定演算している。
【００３１】
次に、ステップ２０３では、電圧指令補正演算手段７２において、電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を補正する。すなわち、ステップ２０２で演算した直流電圧変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗに基づき、電圧指令演算手段７１から出力される電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を補正し、補正された電圧指令値Ｖｕ**〜Ｖｗ**をＰＷＭ制御手段７３へ出力する。ＰＷＭ制御手段７３では、これらの交流電圧指令Ｖｕ**〜Ｖｗ**に基づいて、直流入力電圧Ｖｄｃｕ〜Ｖｄｃｗをインバータでパルス幅変調するためのＰＷＭ制御信号７４を作成し、インバータ３をＰＷＭ制御する。
【００３２】
補正演算は、電圧指令補正演算手段７２において、例えば（４）式に基いて実行する。
【００３３】
【数３】
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【００３４】
すなわち、直流電圧の基準電圧Ｖｄｃｋに対する、直流電圧の平均電圧Ｖｄｃｈと各相毎の変動量ΔＶｄｃｕ〜ΔＶｄｃｗの和の割合の逆数を、電圧指令値Ｖｕ*〜Ｖｗ*に乗算する。
【００３５】
図３は、本発明の適用対象とする電力変換装置において、平滑コンデンサ１２の容量を低減した場合の各部電圧・電流波形図である。電動機４の駆動周波数ωすなわち交流出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗ及び電流Ｉｕ〜Ｉｗの周波数に対して、２倍の周波数で直流電流Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗが変動している。これに伴って直流電圧Ｖｄｃｕ〜Ｖｄｃｗも２倍の周波数で変動し、かつ各相で変動位相がずれている。
【００３６】
図４は、本発明の一実施形態による出力電圧及び電動機トルク波形図である。図３の直流電圧変動が生じた状態での、電力変換器３の電圧指令Ｖｕ**と出力電圧Ｖｕ及び電動機４のトルク波形を、本実施形態における直流電圧補正を実施した場合と、実施しない場合とで比較したものである。補正しない図４（ａ）では、直流電圧変動の影響により電圧指令Ｖｕ**に対して、出力電圧Ｖｕが歪み、その影響で電動機トルクＴｍには、駆動周波数ωの６倍の周波数のトルク変動が生じている。一方、本発明の一実施形態により直流電圧の変動量に基づき電圧指令を補正した図４（ｂ）では、電圧指令Ｖｕ**を補正することで出力電圧Ｖｕの波形を本来の電圧波形に修正でき、電動機４のトルクＴｍの変動を軽減できる。シミュレーション結果によれば、トルク変動が３〜７［％］の従来技術にこの実施形態を適用することにより、トルク変動を０．８〜１．６［％］に低減できた。
【００３７】
この実施形態を要約すると次の通りである。まず、各相毎に交流側で直列接続したｎ個の単相セルインバータ３ｕ１〜３ｕｎ…により直列多重インバータを構成した３相電力変換器３を備えている。各単相セルインバータは、交流を直流に変換する順変換器１１と、平滑コンデンサ１２及び直流を交流に変換する逆変換器１３からなる。電力変換器３の出力電流Ｉｕ〜Ｉｗを検出する電流検出手段５と、電力変換器３の出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗを検出する出力電圧検出手段６とを備えている。電力変換器３に対して、各相毎の出力電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を与える電圧指令演算手段７１と、出力電圧指令値を補正する出力電圧指令補正手段７２を備えた電力変換装置を前提としている。ここで、出力電流及び電圧検出値Ｉｕ〜Ｉｗ及びＶｕ〜Ｖｗとを用いて、電力変換器３の各相毎の直流入力電流Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗを演算する直流入力電流演算手段７５を新設する。そして、ここで演算した直流入力電流値Ｉｄｃｕ〜Ｉｄｃｗに基いて、直流入力電圧の変動量ΔＶｄｃｕ（ｓ）〜ΔＶｄｃｗ（ｓ）を推定する直流電圧変動量演算手段７６を設ける。最後に、この推定結果から電圧指令演算手段７１からの電圧指令値Ｖｕ*〜Ｖｗ*を補正する補正演算手段７２により、補正された電圧指令値Ｖｕ**〜Ｖｗ**を得ている。
【００３８】
このようにして、各相毎の直流入力電流と、これに基く各相毎の直流電圧の変動量を推定演算し、各相毎に電圧指令を補正することで、直流入力電流の変動に起因する直流電圧変動による出力電圧歪みを防止できる。この結果、電動機のトルク等の変動を軽減でき、電力変換器３内の平滑コンデンサ１２の容量を低減でき、小形の電力変換装置を提供できる。特に、直列多重インバータから交流電動機に給電し、ファン又はポンプを駆動するシステムにおいては、出力電圧の変動を軽減できることから、電圧変動に起因するトルクリプルを軽減でき、過大トルクにより機械軸や負荷として結合されている機械に損傷を与える機械軸振動を抑制できる。
【００３９】
尚、図１において、直流電流を演算する際、電圧検出値Ｖｕ〜Ｖｗを用いているが、電圧検出値の代わりに電圧指令値Ｖｕ*〜Ｖｗ*を用いてもよい。電圧指令と出力電圧は、基本波成分は一致するように制御されており、直流電流変動は、電圧、電流の基本波成分に依存するものが主成分となっているからである。
【００４０】
図５は、本発明の他の実施形態による電力変換装置の全体構成ブロック図である。図１と同等物には同一符号をつけて重複説明は避ける。図１と異なる点は、電力変換器３の出力電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*の作り方である。出力電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗ及び出力電圧検出値Ｖｕ〜Ｖｗとを用いて、速度推定手段７７で電動機４の速度周波数ｆを推定する。この速度周波数ｆを、速度制御手段７８で、速度／周波数指令ｆ*と比較し、出力電流指令Ｉｕ*〜Ｉｗ*を得る。従って、速度制御手段７８は、電流指令手段を構成する。更に、この出力電流指令Ｉｕ*〜Ｉｗ*を、電流制御手段７９で、出力電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗと比較し、出力電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を作成するのである。すなわち、メジャーのＡＳＲ（速度制御系）の内側にマイナーＡＣＲ（電流制御系）を備え、出力電圧指令Ｖｕ*〜Ｖｗ*を作っている。
【００４１】
このように、出力電流指令Ｉｕ*〜Ｉｗ*を作成しているので、直流入力電流演算手段７５に対して、電流検出手段５からの各相毎の電流検出値Ｉｕ〜Ｉｗに代えて、これらの出力電流指令Ｉｕ*〜Ｉｗ*を入力している。勿論、この直流電流の演算において、電流検出値を用いても良い。その他は図１に同じである。
【００４２】
以上のようにして、制御手段７からＰＷＭ制御信号７４を発生し、変換器３内のスイッチング素子を動作させパルス幅変調（ＰＷＭ）制御インバータで電動機４を駆動する。この場合、インバータ３と電動機４間のケーブル線路の共振や反射等による跳ね上がり電圧（サージ電圧）が電動機側に発生する恐れがある。このときに、前述した直流入力電圧の変動が生じると、サージ電圧のピークがさらに上昇する恐れがある。しかし、以上の実施形態における直流電圧変動補償を行うことにより、図４（ｂ）に示したように、本補償を適用しない図４（ａ）に比べて出力電圧のピーク値をミニマム化でき、直流電圧変動によるサージピークの上昇を抑制する効果もある。
【００４３】
また、従来例ではインバータ出力電圧の瞬時値を用いて出力電圧指令を補正するため、出力電圧に含まれる高調波リプルの影響を受け易く、安定性に欠ける。一方、本発明の上記実施形態では、インバータの出力電圧、電流の基本波成分に基づいて直流電圧変動を推定し、出力電圧指令を補正することから、高調波リプルを十分に除去でき、その影響を受けることを防止できる。このため、出力電圧を高安定に補償でき、直流電圧変動の影響を確実に防止できる。
【００４４】
尚、本実施形態においては直列多重インバータについて説明したが、単相単機インバータ、又は、ｎ段でない１段構成のものでも本発明を適用することで同様の効果を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、直流を交流に変換する電力変換器の直流入力電圧を検出することなく、入力側の平滑コンデンサの容量を低減し、電力変換器を小型化した場合においても、出力電圧の変動を軽減し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することができる。
【００４６】
また、直列多重インバータにおいても、インバータの入力側の平滑コンデンサ容量を低減し、電力変換器を小型化した場合でも、インバータ内の直流入力電圧を検出することなく、出力電圧の変動を軽減できる電力変換装置及びその制御方法を提供することができる。
【００４７】
更に、直列多重インバータから交流電動機に給電し、ファン又はポンプを駆動するシステムにおいては、出力電圧の変動を軽減できることから、電圧変動に起因するトルクリプルを抑制でき、機械軸や負荷への悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電力変換装置の全体構成ブロック図。
【図２】本発明の一実施形態による電力変換装置の電圧補正処理フローチャート図。
【図３】本発明の適用対象とする電力変換装置の平滑コンデンサ容量を低減した場合の各部電圧・電流波形図。
【図４】本発明の一実施形態による出力電圧及び電動機トルク波形図。
【図５】本発明の他の実施形態による電力変換装置の全体構成ブロック図。
【符号の説明】
１…交流電源、２…変圧器、３…電力変換器（直列多重インバータ）、３ｕ〜３ｗ…Ｕ〜Ｗ相インバータユニット、３ｕ１〜３ｕｎ…Ｕ相単相セルインバータ、１１…順変換器、１２…平滑コンデンサ、１３…逆変換器、４…交流電動機、４０…ポンプ又はファンシステム、５…電流検出手段、６…電圧検出手段、７…制御手段、７１…電圧指令演算手段、７２…電圧指令補正演算手段、７３…ＰＷＭ制御手段、７４…ＰＷＭ制御信号、７５…直流電流演算手段、７６…直流電圧変動量演算手段、７７…速度推定手段、７８…速度制御手段（電流指令手段）、７９…電流制御手段（電圧指令演算手段）。
【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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