(57)【要約】【課題】スイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が異なる場合の補正を行い、制御安定性を向上させた三相交流電動機の制御装置を提供する。【解決手段】パワースイッチング素子を用いたインバータを制御する三相交流電動機の制御装置において、パワースイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間に基づいて遅延時間補正値と電圧指令補正値を求め、遅延時間補正値に基づいて補正した位相角を用いて直流交流座標変換を行い、かつ電圧指令補正値を用いてＰＷＭ制御のパルス幅を補正する手段を備え、ＯＮ遅延時間をＴｏｎ、ＯＦＦ遅延時間をＴｏｆｆ、デッドタイムをＴｄｅａｄとした場合に、基準角読み込みから指令位相角までの時間（３／２）ΔＴと遅延時間（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２を加えた値に電気角速度ωｒｅを乗算し、その結果を基準位相角θｒｅに加算した値を補正後の指令位相角θｒｅ＊とする三相交流電動機の制御装置。【選択図】        図１
2004248480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワースイッチング素子を用いたインバータを制御することにより電動機に供給する電力を制御する三相交流電動機の制御装置において、
前記パワースイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間とに基づいて遅延時間補正値および電圧指令補正値を求め、前記遅延時間補正値に基づいて位相角を補正し、補正後の位相角を用いて直流交流座標変換を行い、かつ、前記電圧指令補正値を用いてＰＷＭ制御のパルス幅を補正する手段を備えた三相交流電動機の電流制御装置。
【請求項２】
前記パワースイッチング素子がＯＮに切り替わるスイッチング動作の際における電圧指令値と電動機端子電圧間の遅延時間をＴｏｎ、ＯＦＦに切り替わるスイッチング動作の際における前記遅延時間をＴｏｆｆ、切り替え時に電流が流れないデッドタイムをＴｄｅａｄとした場合に、前記遅延時間補正値は、遅延時間（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２に相当する値とし、基準角読み込みから指令位相角までの時間（３／２）ΔＴ（ただしΔＴは１制御周期）と前記遅延時間（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２とを加えた値に電気角速度ωｒｅを乗算し、その結果を基準位相角θｒｅに加算した値を補正後の指令位相角θｒｅ＊とすることを特徴とする請求項１に記載の三相交流電動機の電流制御装置。
【請求項３】
前記パワースイッチング素子がＯＮに切り替わるスイッチング動作の際における電圧指令値と電動機端子電圧間の遅延時間Ｔｏｎ、およびＯＦＦに切り替わるスイッチング動作の際における遅延時間Ｔｏｆｆは、前記パワースイッチング素子に流れる電流値に応じて設定され、前記電流値に応じて前記遅延時間補正値および電圧指令補正値を変えることを特徴とする請求項２に記載の三相交流電動機の電流制御装置。
【請求項４】
前記パワースイッチング素子から電動機に電流が流れ込む方向を正極性、前記電動機から前記パワースイッチング素子に電流が流れ出す方向を負極性とした場合に、前記パワースイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が前記正極性と負極性とで異なる値をとることを含めて前記遅延時間補正値および電圧指令補正値を求めることを特徴とする請求項１に記載の三相交流電動機の電流制御装置。
【請求項５】
前記パワースイッチング素子から電動機に電流が流れ込む方向を正極性、前記電動機から前記パワースイッチング素子に電流が流れ出す方向を負極性とした場合に、前記電流の極性を検出する手段を備え、電流の極性に応じたパワースイッチング素子による遅延時間の変化を判断し、電圧指令値のＯＮタイミングとＯＦＦタイミングに対して前記遅延時間を補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の三相交流電動機の電流制御装置。
【請求項６】
前記遅延時間補正値および電圧指令補正値を３相の各相毎に演算し、求めた各相毎の遅延時間補正値に基づいて各相毎に位相角を補正し、補正後の位相角を用いて直流交流座標変換を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の三相交流電動機の電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三相交流電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−２３７００号公報
上記特許文献１には、交流電動機の電流制御において、電圧指令値が出力されてから実際に電圧が有効に電動機に反映されるまでの電流ループの遅れ時間に相当する角度を求めて補正角とし、直流−交流変換で用いる位相角を、この補正角によって補正することにより、電流ループの遅れを補償し、制御の安定性を向上させる技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１においては、電流ループの遅れ時間として、電圧指令値が出力されてから、実際に電圧が有効に電動機に反映されるまでの時間、および実際に電流が流れてから、ＡＤコンバータを経てサーボソフトが電流を読み込むまでの実電流の検出に要する時間を考慮して、直流−交流座標変換で用いる位相角を補正するという構成になっている。しかし、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のパワースイッチング素子ではＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化するまでのＯＮ遅延時間と、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化するまでのＯＦＦ遅延時間とが異なるので、電圧指令値と実際の電動機端子電圧値とのＰＷＭ幅が異なり、出力の遅延時間補正値も変化するが、上記特許文献１の構成では、このＰＷＭ幅のずれ量と遅延時間の変化を考慮していないので、補正が不十分であり、制御の安定性を十分向上させることが困難である、という問題があった。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が異なる場合を考慮した十分な補正を行い、制御安定性を更に向上させることの出来る三相交流電動機の制御装置を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては、パワースイッチング素子を用いたインバータを制御することにより電動機に供給する電力を制御する三相交流電動機の制御装置において、前記パワースイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間とに基づいて遅延時間補正値および電圧指令補正値を求め、前記遅延時間補正値に基づいて位相角を補正し、前記補正後の位相角を用いて直流交流座標変換を行い、かつ、前記電圧指令補正値を用いてＰＷＭ制御のパルス幅を補正するように構成している。
【０００４】
【発明の効果】
スイッチング素子のＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が異なる場合においても、電動機に印加する電圧を指令値どおりに制御ができるため、電流制御の安定性が向上し、電流の過渡応答特性が向上するという効果が得られ、それにより電流ＰＩ制御における制御ゲインが同じであれば、電動機の最高回転数が向上する、という効果も得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例を示すブロック図であり、三相交流電動機のベクトル制御装置を示す。
図１において、位相角補正部２０２、ＰＷＭ変換部２０３および第２の二相三相変換部２０１の部分が従来と異なっており、その他の部分は従来と同様である。以下、まず図１のうち従来と同様の部分について構成と動作を説明する。
三相同期電動機１０６には回転子の基準位相角（電気角）を検出する角度検出器１０５および各相の電流を検出する電流センサ１０７が設置されている。これらのセンサから得られる情報をマイクロコンピュータ１１３で取り込み、マイクロコンピュータ１１３では電動機１０６に電力を供給するインバータ１０４を制御する信号を生成する。
【０００６】
マイクロコンピュータ１１３内の制御（ソフトウェア）については下記のとおりである。まず、電流センサ１０７で検出された三相電動機電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをＡＤ変換部１１２でデジタル信号に変化して取り込む。
三相二相変換部１０８では、上記の三相電動機電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、角度検出器１０５で検出した電動機の基準位相角θｒｅを用いて、下記（数１）式によってｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑに変換する。
【０００７】
【数１】
2004248480.tif 000003
電流ＰＩ制御部１０１では、外部より指令されるｄ軸電流指令値ｉｄ＊１１０およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊１１１と、三相二相変換部１０８で算出されたｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値ｉｑから周知の制御である比例積分制御によって、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を演算する。
【０００８】
一方、位相角補正部２０２では基準位相角θｒｅから指令位相角θｒｅ＊を求める（詳細後述）。
次に、第１の二相三相変換部１０２では、電流ＰＩ制御部１０１で演算されたｄ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を、上記指令位相角θｒｅ＊を用いて、下記（数２）式によって三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。
【０００９】
【数２】
2004248480.tif 000004
次に、ＰＷＭ制御部２０３では、上記の三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊をＰＷＭ信号に変換する（詳細後述）。なお、図１においては、第２の二相三相変換部２０１を有し、これから出力される三相電流指令値ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊によって電流の極性を判断するように構成しているが、従来の構成では第２の二相三相変換部２０１は無いので、最初はこの部分を考慮しないで説明する。
上記のＰＷＭ制御部２０３より出力された信号に基づいて、インバータ１０４で直流電力を交流電力に変換し、電動機１０６へ供給する。これにより電動機１０６に流れた三相電流を電流センサ１０７で検出する。
以上の処理を繰り返して電動機のベクトル制御を行う。
【００１０】
次に、インバータ１０４におけるスイッチング素子の動作について説明する。
図２、図３は共にインバータ１０４内の三相出力部の内の一相分、例えばＵ相のスイッチング素子を示す回路図である。なお、他のＶ相、Ｗ相においても同様である。
直流電源端子３０３（Ｖｄｃ）と３０５（ＧＮＤ）は、それぞれ逆並列に接続されたＩＧＢＴ３０６、３０８とダイオード３０７、３０９を介して電動機Ｕ相端子３０４に接続されている。図２には正極性、つまり直流側から電動機側へと流れる電流の流れ３１０と３１１が表示され、図３には負極性、つまり電動機側から直流側へと流れる電流の流れ４０１と４０２が示されている。
図４、図５にはそれぞれ電流が正極性および負極性の時のＰＷＭ制御部２０３において生成される電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャートが示されている。
【００１１】
はじめにスイッチング動作における各素子の電流の流れについて説明する。電流極性が正の場合は、図２、図４に示すように、デッドタイムによるＰＷＭ幅の変化を補正した電圧指令値５０３がＯＦＦ指令のとき、Ｎ側ＩＧＢＴ３０８がＯＮしているが電流は流れていない。電流はＧＮＤ端子３０５からＮ側ダイオード３０９を通して電動機端子３０４へと流れる（電流３１１）。電圧指令値５０３がＯＦＦ→ＯＮ（タイミングは５５０）になると、まずＮ側ＩＧＢＴ３０８がＯＦＦ（タイミングは５５１）し、次にＰ側ＩＧＢＴ３０６がＯＮ（タイミングは５５２）する。Ｐ側ＩＧＢＴ３０６がＯＮすることによりＮ側ダイオード３０９を流れていた電流３１１はＶｄｃ端子３０３からＰ側ＩＧＢＴ３０６を通して電動機端子３０４へと流れるようになる（電流３１０）。
電圧指令値５０３がＯＮ→ＯＦＦ（タイミングは５５３）になると、まずＰ側ＩＧＢＴ３０６がＯＦＦ（タイミングは５５４）し、次にＮ側ＩＧＢＴ３０８がＯＮ（タイミングは５５５）する。Ｐ側ＩＧＢＴ３０６がＯＦＦすることにより電流３１０はＮ側ダイオード３０９を流れるようになる（電流３１１）。
【００１２】
一方、電流極性が負の場合は、図３、図５に示すように、補正後の電圧指令値６０３がＯＦＦ指令ではＮ側ＩＧＢＴ３０８がＯＮしており、電流は電動機端子３０４からＮ側ＩＧＢＴ３０８を通してＧＮＤ端子３０５へと流れる（電流４０２）。電圧指令値６０３がＯＦＦ→ＯＮ（タイミングは６５０）となると、まずＮ側ＩＧＢＴ３０８がＯＦＦ（タイミングは６５１）し、次にＰ側ＩＧＢＴ３０６がＯＮ（タイミングは６５２）する。Ｎ側ＩＧＢＴ３０８がＯＦＦすることにより電流４０２は電動機端子３０４からＰ側ダイオード３０７を通してＶｄｃ端子３０３へと流れるようになる（電流４０１）。電流指令値６０３がＯＮ→ＯＦＦ（タイミングは６５３）になると、まずＰ側ＩＧＢＴ３０６がＯＦＦ（タイミングは６５４）し、次にＮ側ＩＧＢＴ３０８がＯＮ（タイミングは６５５）する。Ｎ側ＩＧＢＴ３０８がＯＮすることによりＰ側ダイオード３０７を流れていた電流４０１はＮ側ＩＧＢＴ３０８を流れるようになる（電流４０２）。
【００１３】
次にＩＧＢＴによる遅延の影響について説明する。
図４では、まず、第１の二相三相変換部１０２より出力された電圧指令値５０２に対し、ＰＷＭタイマ５０１の比較値は５１８となるが、デッドタイムにより電動機端子電圧値５０６のＯＮ期間が変化することを補正し、電流極性が正のときは、デッドタイムＴｄｅａｄ５１１の分だけ広いカウント指令値５０８、補正後電圧指令値５０３とする。これにより、Ｐ側電圧指令値５０４およびＮ側電圧指令値５０５は図示される値になり、電動機端子電圧値５０６のＯＮ期間５１２は電圧指令値５０２のＯＮ期間５１０と同様にＴ＊となる。しかし、ＩＧＢＴ遅延を考慮した場合の電動機端子電圧値５０７のＯＮ期間５１４はＴ＊−Ｔｄ１＋Ｔｄ２となり、電圧指令値５０２のＯＮ期間５１０に一致しない。
【００１４】
図５では、電流極性が負のため、デッドタイムＴｄｅａｄ６１１の分だけ狭いカウント指令値６０８、補正後電圧指令値６０３とする。これにより、Ｐ側電圧指令値６０４およびＮ側電圧指令値６０５は図示される値になり、電動機端子電圧値６０６のＯＮ期間６１２は指令値６０２のＯＮ期間６１０と同様にＴ＊となる。しかし、ＩＧＢＴ遅延を考慮した場合の電動機端子電圧値６０７のＯＮ期間６１４はＴ＊−Ｔｄ１＋Ｔｄ２となり、電圧指令値６０２のＯＮ期間６１０に一致しないことになる。
【００１５】
ここで、ダイオードからＩＧＢＴへと電流が切り替わるスイッチング動作（ＩＧＢＴがＯＦＦからＯＮ）による電圧指令値と電動機端子電圧間の遅延時間をＴｏｎ（ＯＮ遅延時間）、ＩＧＢＴからダイオードヘと電流が切り替わるスイッチング動作（ＩＧＢＴがＯＮからＯＦＦ）による電圧指令値と電動機端子電圧間の遅延時間をＴｏｆｆ（ＯＦＦ遅延時間）と呼ぶことにすると、一般に、両時間の長さは異なり、Ｔｏｎに対してＴｏｆｆの方が長くなる。
電流極性が正の場合は、Ｔｄ１＝Ｔｏｎ、Ｔｄ２＝Ｔｏｆｆとなり、端子電圧値５０７のＯＮ期間５１４は指令値５０２より長くなる。一方、電流極性が負の場合は、Ｔｄ１＝Ｔｏｆｆ、Ｔｄ２＝Ｔｏｎとなり、端子電圧値６０７のＯＮ期間６１４は指令値６０２より短くなる。
【００１６】
以上をまとめると、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子ではＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が異なり、これにより電圧指令値と実際の電動機端子電圧のＯＮ期間が異なる。また、遅延時間は電流の極性によって変化し、電流極性が正の場合のＯＮ遅延時間は、電流極性が負の場合のＯＮ遅延時間より短くなり、そして電流極性が正の場合のＯＦＦ遅延時間は、電流極性が負の場合のＯＦＦ遅延時間より長くなる。ここではＵ相のみについて示したが、他の相についても同様に言える。
従来においては、図１の位相角補正部２０２において、電圧指令値が出力されてから実際に電圧が有効に電動機に反映されるまでの時間、および実際に電流が流れてからＡＤ変換部１１２より電流を読み込むまで時間を電流ループの遅延時間δとし、この遅延時間δに相当する角度を求め、この補正角を基準位相角θｒｅに加えることにより下記の数式によって指令位相角θｒｅ＊を求めていた。
θｒｅ＊＝θｒｅ＋δωｒｅ
ただし、ωｒｅ＝（θｒｅ−θｒｅ’）／ΔＴ
ΔＴ：制御周期
θｒｅ’：１制御周期ΔＴ前のθｒｅ
しかし、前記のように、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子ではＯＮ遅延時間とＯＦＦ遅延時間が異なり、これにより電圧指令値と実際の電動機端子電圧値とのＯＮ期間が異なる。そのため、補正遅延時間が実際の遅延時間と一致しないことになる。また、遅延時間は電流の極性によって変化する。これにより、例えばＩＧＢＴの立ち上がりにおける遅延時間で補正遅延時間δを決定すると、電流極性が負の状態では補正遅延時間と実遅延時間が異なり、実際の電動機端子電圧値が指令電圧値と異なることになり、そのため制御の安定性が損なわれ、電流の過渡応答が悪化することになる。
【００１７】
本発明においては、上記の問題に対処するため、位相角補正部２０２においてＩＧＢＴ遅延時間に相当する補正角を算出することによってＩＧＢＴ遅延時間による位相のずれを補正し、また、ＰＷＭ制御部２０３においてはＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれを補正している。なお、第２の二相三相変換部２０１ではＰＷＭ制御部２０３で必要となる電流の極性を判断するためのｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊を求めている。
【００１８】
以下、まず、ＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれの補正方法について説明する。
図６および図７は、それぞれ電流が正極性および負極性の時の１制御周期期間中の電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャートである。
ここでは、前記説明によるＩＧＢＴにおける遅延時間Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆにより端子電圧値のＯＮ期間が変化することを補正している。
まず、電流極性が正の場合は、Ｔｄ１＝Ｔｏｎ（７１３）、Ｔｄ２＝Ｔｏｆｆ（７１４）となるため、Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ−Ｔｏｆｆ（７０８）の分だけ広いカウント指令値７０７、補正後電圧指令値７０３とし、電流極性が負の場合は、Ｔｄ１＝Ｔｏｆｆ（８１３）、Ｔｄ２＝Ｔｏｎ（８１４）となるため、Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ−Ｔｏｆｆ（８０８）の分だけ狭いカウント指令値８０７、補正後電圧指令値８０３としている。よって、電動機端子電圧値７０６、８０６のＯＮ期間７１１、８１１は共に電圧指令値７０２、８０２のＯＮ期間７０９、８０９に一致したＴ＊となる。
また、電流極性が正、負の両方の場合における電圧指令値のＯＮ期間の中心７１５、８１５に対する電動機端子電圧のＯＮ期間の中心７１６、８１６の遅延時間７１２、８１２は、共に（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２となる。
【００１９】
ここで、電流の極性によりカウント指令値７０７、８０７を変えるため、電流の極性を知る必要がある。図１の実施例では、第２の二相三相変換部２０１で求めた三相電流指令値ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊により、電流の極性を判別する。すなわち、第２の二相三相変換部２０１においては、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊１１０、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊１１１から下記（数３）式を用いて三相電流指令値ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊を求める。
【００２０】
【数３】
2004248480.tif 000005
上記の三相電流指令値ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊を用いて電流の極性を判別する。なお、図１においては、電流極性の判定に三相電流指令値の極性を用いたが、電流センサ１０７で検出した実三相電流値を利用して判定してもよい。
また、ここで用いるダイオードからＩＧＢＴへと電流が切り替わるスイッチング動作による遅延時間Ｔｏｎ、およびＩＧＢＴからダイオードヘと電流が切り替わるスイッチング動作による遅延時間Ｔｏｆｆは、スイッチング素子固有の値であるので予め求めておく。また、デッドタイム値Ｔｄｅａｄは上記遅延時間の関係より決定する。
【００２１】
次に、ＩＧＢＴ遅延時間による位相のずれの補正方法について説明する。
本実施例では、位相角補正部２０２において、図１０のタイムチャートに示すように指令位相角θｒｅ＊を求める。指令位相角θｒｅ＊は、下記（数４）式に示すように、基準位相角読み込みから指令位相角までの時間（３／２）△ＴとＩＧＢＴの遅延時間（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２、およびデッドタイムによる遅延時間Ｔｄｅａｄ／２とを加えた値に基準位相角より求めた電気角速度ωｒｅを乗算した値を求め、その結果を基準位相角θｒｅに加えることにより求められる。
【００２２】
【数４】
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ただし、ωｒｅ＝（θｒｅ−θｒｅ’）／ΔＴ
ΔＴ：制御周期
θｒｅ’：１制御周期ΔＴ前のθｒｅ
図１においては、位相角補正部２０２において、上記（数４）式を用いて指令位相角θｒｅ＊を求めることにより、二相三相変換部１０２では遅延時間分遅れた時間の三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を求めることができる。
図１２は以上説明した第１の実施例における電流制御のフローチャートを示す図である。ステップＳ１〜Ｓ８はこれまで説明した内容に対応している。
【００２３】
図１４は、第１の実施例における電流ステップ応答シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）はｉｄ、（ｂ）はｉｑの応答結果を示す。
図１４は、ＯＮ遅延時間よりＯＦＦ遅延時間が長い場合において、第１の実施例、従来法（ＯＮ遅延時間のみ考慮）、および補正のない場合、のそれぞれにおける応答結果を示したものである。図１４から判るように、太線で示した第１の実施例では、細実線で示した従来法に比ベてオーパーシュート量および収束時間が明らかに少なくなっており、十分な効果が認められる。また、細破線で示した補正のなしの場合より良好な特性になっていることは勿論である。
【００２４】
以上説明したように、第１の実施例では、位相角補正部２０２においてＩＧＢＴ遅延時間に相当する補正角を用いてＩＧＢＴ遅延時間による位相のずれを補正し、ＰＷＭ制御部２０３においてＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれを補正している。つまり、図１０に示したように制御周期の中心１１１１に電圧指令値１１０２のＯＮ期間の中心１１１２を合わせるため、電動機端子電圧値１１０３のＯＮ期間の中心１１１３は制御周期の中心１１１１から遅延時間１１０７（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２だけずれる。この遅延時間分だけ遅れた位相指令値θｒｅ＊を位相角補正部２０２において計算する。このようにＩＧＢＴの遅延時間を補正することにより、電流応答の向上を図ることができる。したがって遅延時間が電流極性により変化した場合においても、電圧が指令値どおりに制御ができるため、電流制御の安定性が向上し、電流の過渡応答特性が向上する。それにより電流ＰＩ制御における制御ゲインが同じであれば、電動機の最高回転数が向上する、という効果がある。
【００２５】
（第２の実施例）
第２の実施例の制御ブロックは、図１に示した第１の実施例と同じであるが、第２の実施例では位相角補正部２０２とＰＷＭ制御部２０３における補正の内容が異なっている。
前記第１の実施例では、位相角補正部２０２においてＩＧＢＴ遅延時間に相当する補正角を用いてＩＧＢＴ遅延時間による位相のずれを補正し、ＰＷＭ制御部２０３においてＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれを補正しているが、第２の実施例ではＰＷＭ制御部２０３においてＩＧＢＴ遅延時間の位相のずれとＰＷＭ幅のずれを補正するように構成している。
【００２６】
第１の実施例では図１０に示したように、制御周期の中心１１１１に電圧指令値１１０２のＯＮ期間の中心１１１２を合わせるため、電動機端子電圧値１１０３のＯＮ期間の中心１１１３は制御周期の中心１１１１から遅延時間１１０７（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２だけずれる。よって二相三相変換部１０２において、電圧指令値はこの遅延時間分だけ遅れた値を計算している。一方、第２の実施例では図１１に示すように電圧指令値１２０２のＯＮになるタイミング１２１３、ＯＦＦになるタイミング１２１４をそれぞれの遅延時間１２０５、１２０６の分だけ早めることにより、電動機端子電圧値１２０３のＯＮ期間の中心１２１５を電圧指令値１２０２のＯＮ期間の中心１２１６に合わせている。
【００２７】
図１３は第２の実施例における電流制御のフローチャートである。
図１３のフローチャートは、図１２とはステップＳ４の内容のみが異なっている。つまり、位相角補正部２０２では、下記（数５）式を用いて１制御周期後の中心を指令位相角θｒｅ＊として求める。
【００２８】
【数５】
2004248480.tif 000007
ただし、ωｒｅ＝（θｒｅ−θｒｅ’）／ΔＴ
ΔＴ：制御周期
θｒｅ’：１制御周期ΔＴ前のθｒｅ
二相三相変換部１０２では、上記の指令位相角θｒｅ＊を用いて、電流ＰＩ制御部１０１で演算されたｄ軸電圧指令ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令ｖｑ＊を、前記（数２）式によって三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。
【００２９】
次に、図１１を用いて、ＰＷＭ制御部２０３におけるカウント指令値の決定法について説明する。
ＰＷＭ制御部２０３では、三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊から図１１に示すカウント指令値を決定する。ここで電圧値がＯＮになるタイミング１２１３では、ＯＮ遅延時間１２０５相当のカウント値を減じることでＯＮカウンタ指令値１２０４を決定し、電圧値がＯＦＦになるタイミング１２１４では、ＯＦＦ遅延時間１２０６相当のカウント値を加えることでＯＦＦカウンタ指令値１２１２を決定する。
【００３０】
ＯＮ遅延時間１２０５とＯＦＦ遅延時間１２０６は、図８、図９に示すように、電流の極性により時間が反転する。また、デッドタイム補正値についても電流の極性によりＯＮ遅延時間１２０５とＯＦＦ遅延時間１２０６とのどちらを付加するか決まる。電流極性については、第１の実施例と同様に（数３）式を用いて三相電流指令値ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊を求め、この三相電流指令植より電流の極性を判別する。
【００３１】
次に、電流極性によるカウント指令値の補正の違いについて説明する。
図８は第２の実施例において、電流極性が正の場合の電圧指令値と電動機端子電圧値の１制御周期期間中のタイムチャート例を示す図である。図８に示すように、第１の二相三相変換部１０２より得られた電圧指令値９０２のスイッチングタイミングに対し、ＯＮ、ＯＦＦ別々の遅延時間分だけ早めて補正した指令値９０７、９１６をマイクロコンピュータ１１３より出力することにより、電動機端子電圧値９０６は電圧指令値９０２に一致することになる。
【００３２】
図９は、第２の実施例において、電流極性が負の場合の電圧指令値と電動機端子電圧値の１制御周期期間中のタイムチャート例を示す図である。図９に示すように、第１の二相三相変換部１０２より得られた電圧指令値１００２のスイッチングタイミングに対し、ＯＮ、ＯＦＦ別々の遅延時間分だけ早めて補正した指令値１００７、１０１６をマイクロコンピュータ１１３より出力することにより、電動機端子電圧値１００６は電圧指令値１００２に一致することになる。
【００３３】
図１５は、第２の実施例における電流ステップ応答シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）はｉｄ、（ｂ）はｉｑの応答結果を示す。
図１５は、ＯＮ遅延時間よりＯＦＦ遅延時間が長い場合において、第２の実施例、従来法（ＯＮ遅延時間のみ考慮）、および補正のない場合、のそれぞれにおける応答結果を示したものである。図１４から判るように、太線で示した第２の実施例では、細実線で示した従来法に比ベてオーパーシュート量および収束時間が明らかに少なくなっており、十分な効果が認められる。また、細破線で示した補正のなしの場合より良好な特性になっていることは勿論である。
【００３４】
以上説明したように、第２の実施例ではＰＷＭ制御部２０３においてＩＧＢＴ遅延時間の位相のずれとＰＷＭ幅のずれを補正している。つまり、図１１に示すように電圧指令値１２０２のＯＮになるタイミング１２１３、ＯＦＦになるタイミング１２１４をそれぞれの遅延時間１２０５、１２０６の分だけ早めることにより、電動機端子電圧値１２０３のＯＮ期間の中心１２１５を電圧指令値１２０２のＯＮ期間の中心１２１６に合わせている。このようにＩＧＢＴの遅延時間を補正することにより、電流応答の向上を図ることが出来る。したがって遅延時間が電流極性により変化した場合においても、電圧が指令値どおりに制御ができるため、電流制御の安定性が向上し、電流の過渡応答特性が向上する。それにより電流ＰＩ制御における制御ゲインが同じであれば、電動機の最高回転数が向上する、という効果がある。
【００３５】
（第３の実施例）
図１６は本発明の第３の実施例を示すブロック図であり、三相交流電動機のベクトル制御装置を示す。
第３の実施例の制御ブロックは、図１に示した第１の実施例に比べて、位相角補正部２０２、第１の二相三相変換部１０２、第２の二相三相変換部２０１の内容が異なっている。
前記第１の実施例では、遅延時間補正値および電圧指令補正値は、１相について算出しているが、第３の実施例では、遅延時間補正値および電圧指令補正値を３相の各相毎に演算し、求めた各相毎の遅延時間補正値に基づいて各相毎に位相角を補正し、補正後の位相角を用いて直流交流座標変換を行うように構成している。
また、第１の実施例では、パワースイッチング素子がＯＮに切り替わるスイッチング動作の際における電圧指令値と電動機端子電圧間の遅延時間Ｔｏｎ、およびＯＦＦに切り替わるスイッチング動作の際における遅延時間Ｔｏｆｆをそれぞれ一定値にしているが、第３の実施例においては、ＯＮ時の遅延時間ＴｏｎおよびＯＦＦ時の遅延時間Ｔｏｆｆをそれぞれパワースイッチング素子に流れる電流値（駆動電流）に応じた値に設定するように構成している。
【００３６】
以下、図１６の構成について説明する。
位相角補正部２０２では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に、位相角指令値θｒｅｕ＊２０８、θｒｅｖ＊２０９、θｒｅｗ＊２１０を求める。まず、Ｕ相の位相角指令値θｒｅｕ＊２０８は、下記（数６）式に示すように、基準位相角θｒｅ１２０に対し、基準位相角読み込みから指令位相角までの時間（３／２）△ＴとＩＧＢＴの遅延時間（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２、およびデッドタイムによる遅延時間Ｔｄｅａｄ／２とを加えた値に基準位相角より求めた電気角速度ωｒｅを乗算した値を求め、その結果を基準位相角θｒｅに加えることにより求められる。同様に、Ｖ相の位相角指令値θｒｅｖ＊２０９、Ｗ相の位相角指令値θｒｅｗ＊２１０を求める。
【００３７】
【数６】
2004248480.tif 000008
ただし、ωｒｅ＝（θｒｅ−θｒｅｕ’）／ΔＴ
ΔＴ：制御周期
θｒｅｕ’：１制御周期ΔＴ前のθｒｅｕ
そして第１の二相三相変換部１０２では、上記のそれぞれの位相角指令値を用いて、各相毎に遅延時間分遅れた時間を補償した各相の電圧指令値ｖｕ＊２０４、ｖｖ＊２０５、ｖｗ＊２０６を出力する。ｖｕ＊２０４、ｖｖ＊２０５、ｖｗ＊２０６は下記（数７）式で示される。
【００３８】
【数７】
2004248480.tif 000009
以下、図６および図７を用いてＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれの補償方法について説明する。
図６はＵ相における電流極性が正極性の場合の１制御周期期間中の電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャートであり、図７はＵ相における電流極性が負極性の場合の１制御周期期間中の電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャートである。
図６に示すように、電流極性が正の場合、Ｔｄ１＝Ｔｏｎ（７１３）、Ｔｄ２＝Ｔｏｆｆ（７１４）となるため、デッドタイムおよびＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれを補償するため、Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ−Ｔｏｆｆの分だけ広いカウント指令値７０７、補正後電圧指令値７０３とする。
また、図７に示すように、電流極性が負の場合、Ｔｄ１＝Ｔｏｆｆ（８１３）、Ｔｄ２＝Ｔｏｎ（８１４）となるため、デッドタイムおよびＩＧＢＴ遅延時間によるＰＷＭ幅のずれを補正するため、Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ−Ｔｏｆｆの分だけ狭いカウント指令値８０７、補正後電圧指令値８０３とする。
【００３９】
したがって、電動機端子電圧値７０６、８０６のＯＮ期間７１１、８１１は共にＵ相電圧指令値ｖｕ＊７０２、８０２のＯＮ期間７０９、８０９に一致し、Ｔ＊となる。また、電流極性が正、負の両場合において、ｕ相電圧指令値ｖｕ＊のＯＮ期間の中心７１５、８１５に対する電動機端子電圧のＯＮ期間の中心７１６、８１６の遅延時間７１２、８１２は、共に（Ｔｄｅａｄ＋Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／２となる。上記の説明は、３相の内のＵ相のみについて説明したが、Ｖ相、Ｗ相についても同様に言える。
【００４０】
次に、電流の極性によりカウント指令値７０７、８０７を変えるため、電流の極性を知る必要がある。本実施例では、図１６の第２の二相三相変換部２０１において、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊１１０、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊１１１を下記（数８）式によって３相電流指令値ｉｕ＊２５０、ｉｖ＊２１２、ｉｗ＊２１３に変換し、３相の各相について電流指令値ｉｕ＊２５０、ｉｖ＊２１２、ｉｗ＊２１３の極性を符号によって判別する。
【００４１】
【数８】
2004248480.tif 000010
なお、ここでは第２の二相三相変換器２０１において、３相の各相電流指令値の極性を判別したが、電流センサ１０７にて検出する３相電流値ｉｕ１１７、ｉｖ１１８、ｉｗ１１９を用いて３相電流指令値の極性を判定してもよい。
【００４２】
上記のように、遅延時間補正値および電圧指令補正値を３相の各相毎に演算し、求めた各相毎の遅延時間補正値に基づいて各相毎に位相角を補正し、補正後の位相角を用いて直流交流座標変換を行うように構成したことにより、制御の安定性を損なわずに電流の速い応答を可能にすることが出来る。
【００４３】
また、上記の計算で使用したＩＧＢＴのスイッチング動作による遅延時間Ｔｏｎおよび遅延時間Ｔｏｆｆは、流れる電流値（駆動電流）によって変化する。この遅延時間Ｔｏｎおよび遅延時間Ｔｏｆｆは、スイッチング素子固有の値なので、予め計測することによって求めることが可能である。したがってデッドタイム値Ｔｄｅａｄは上記遅延時間Ｔｏｎ、Ｔｏｆｆと電流値との関係を予め計測してマップ化しておき、電流値に基づいてマップ引きすることにより決定することができる。
このように遅延時間Ｔｏｎおよび遅延時間Ｔｏｆｆを、電流値に応じて正確な値に設定することにより、より精度の高い制御を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図。
【図２】インバータ１０４内のスイッチング素子に正極性の電流が流れる状態を示す回路図。
【図３】インバータ１０４内のスイッチング素子に負極性の電流が流れる状態を示す回路図。
【図４】電流が正極性の時のＰＷＭ制御部２０３において生成される電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャート。
【図５】電流が負極性の時のＰＷＭ制御部２０３において生成される電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャート。
【図６】第１の実施例において、電流が正極性の時の１制御周期期間中の電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャート。
【図７】第１の実施例において、電流が負極性の時の１制御周期期間中の電圧指令値と電動機端子電圧値の関係を表すタイムチャート。
【図８】第２の実施例において、電流が正極性の場合の電圧指令値と電動機端子電圧値の１制御周期期間中のタイムチャート。
【図９】第２の実施例において、電流が負極性の場合の電圧指令値と電動機端子電圧値の１制御周期期間中のタイムチャート。
【図１０】第１の実施例における補正内容を説明するためのＰＷＭ制御部２０３におけるタイムチャート。
【図１１】第２の実施例における補正内容を説明するためのＰＷＭ制御部２０３におけるタイムチャート。
【図１２】第１の実施例における電流制御のフローチャートを示す図。
【図１３】第２の実施例における電流制御のフローチャートを示す図。
【図１４】第１の実施例における電流ステップ応答シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）はｉｄ、（ｂ）はｉｑの応答結果を示す。
【図１５】第２の実施例における電流ステップ応答シミュレーション結果を示す図であり、（ａ）はｉｄ、（ｂ）はｉｑの応答結果を示す。
【図１６】本発明の第３の実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１…電流ＰＩ制御部            １０２…第１の二相三相変換部
１０４…インバータ                １０５…角度検出器
１０６…三相同期電動機            １０７…電流センサ
１０８…三相二相変換部            １１２…ＡＤ変換部
１１３…マイクロコンピュータ      ２０１…第２の二相三相変換部
２０２…位相角補正部              ２０３…ＰＷＭ変換部
【図１】
2004248480.tif 000011
【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】
2004248480.tif 000017
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004248480.tif 000020
【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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