(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子により直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換器を制御する電力変換器の制御装置であって、
電圧指令信号を発生する電圧指令手段と、
前記電圧指令信号に対する補償を行ない、補償電圧指令信号を発生する電圧指令補償手段と、
前記補償電圧指令信号とキャリア波に基づいて、前記各半導体スイッチング素子に対するスイッチング信号を発生するスイッチングパターン演算手段とを有し、
前記電力変換器の変換基本周波数をｆとし、前記キャリア波のキャリア周波数をｆｃとしたときに、前記電圧指令補償手段は、ｆｃ−ｎ×ｆ（但しｎは連続する正および負の整数）で表わされるグループから選択された少なくとも１つの補償周波数成分を含む補償信号を発生し、この補償信号に基づき前記補償電圧指令信号を発生することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、前記電圧指令補償手段は、前記グループから選択された複数の補償周波数成分を含む補償信号を発生し、この補償信号に基づき前記補償電圧指令信号を発生することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、前記電圧指令補償手段は、補償値を記憶する補償テーブルを含み、前記補償値を用いて、前記補償信号を発生することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電圧に対応する電圧検出信号を出力する電圧検出器を有し、前記電圧検出信号に基づき、前記補償テーブルの補償値を準備することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電流に対応する電流検出信号を出力する電流検出器を有し、前記電流検出信号に基づき、前記補償テーブルの補償値を準備することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、前記電圧指令補償手段が、前記補償周波数成分に対応する位相ベース信号θｂと、パラメータＲ、Ｆ、Ａとを用いて、演算式Ｒ×ｃｏｓ（θｂ＋Ｆ）＋Ａに基づいて、前記補償信号を演算することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項７】
請求項６記載の電力変換器の制御装置であって、前記電圧指令補償手段が、前記各パラメータＲ、Ｆ、Ａを記憶するパラメータテーブルを含むことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電圧に対応する電圧検出信号を出力する電圧検出器を有し、前記電圧検出信号に基づき、前記パラメータテーブルの各パラメータを準備することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項９】
請求項７記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電流に対応する電流検出信号を出力する電流検出器を有し、前記電流検出信号に基づき、前記パラメータテーブルの各パラメータを準備することを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電圧に対応する電圧検出信号を出力する電圧検出器と、前記電圧検出信号に基づきフィードバック信号を発生する電圧フィードバック制御手段を有し、前記補償電圧指令信号が、前記フィードバック信号に基づき補正されることを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項１１】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、さらに、前記電力変換器の変換電流に対応する電流検出信号を出力する電流検出器と、前記電流検出信号に基づきフィードバック信号を発生する電流フィードバック制御手段を有し、前記補償電圧指令信号が、前記フィードバック信号に基づき補正されることを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項１２】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、前記電力変換器が、直流電力を交流電力に変換する電力インバータとして構成されたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項１３】
請求項１記載の電力変換器の制御装置であって、前記電力変換器が、交流電力を直流電力に変換する電力コンバータとして構成されたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換器の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力変換器として、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて複数の各半導体スイッチング素子をオン、オフするＰＷＭインバータが知られている。このＰＷＭインバータは、各相変換回路の上下アームにそれぞれ半導体スイッチング素子を有し、これらの上下アームを構成する各半導体スイッチング素子を、パルス幅変調されたスイッチング信号で相補的にオン、オフすることにより、制御された振幅と、制御された周波数を持った交流出力電圧を発生する。パルス幅変調されたスイッチング信号は、ＰＷＭパターン演算器を用いて、電圧指令信号をキャリア波とを比較することにより生成される。キャリア波には、三角波が多く使用される。【０００３】
パルス幅変調には、非同期のパルス幅変調方式が多く用いられる。この非同期のパルス幅変調方式では、キャリア波の周波数ｆｃが、ＰＷＭインバータの変換基本周波数ｆ、すなわちＰＷＭインバータの交流出力電圧の基本波周波数ｆに拘わらず一定値とされる。この非同期のパルス幅変調方式は、単位時間当たりの半導体スイッチング素子のスイッチング回数が規定できること、および電圧指令の更新タイミングがキャリア波の頂点に同期していて、マイクロコンピュータを用いて容易に制御できることなどの理由で多く採用される。マイクロコンピュータに、非同期のパルス幅変調回路を搭載したものも使用される。【０００４】
この非同期のパルス幅変調方式では、キャリア波のキャリア周波数ｆｃが、ＰＷＭインバータの基本周波数ｆに対して、充分に高い周波数となるように設定する必要がある。例えば、総合電子出版社から発行された「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」（１９９７年の第４版）と題する文献の４４ページには、（ｆｃ／ｆ）は、９以上とする必要があるとされる。しかし、ＰＷＭインバータの適用される分野によっては、半導体スイッチング素子として大容量の半導体スイッチング素子が使用されるため、キャリア周波数ｆｃをＰＷＭインバータの基本周波数ｆに対して、充分に高く設定できない場合がある。（ｆｃ／ｆ）が充分に高くできない場合には、ＰＷＭインバータの交流出力電圧にビートと呼ばれる振動が発生し、ＰＷＭインバータの交流出力電圧の精度が著しく低下し、負荷電流にも脈動が発生するなどの悪影響がある。ビートは、ｆｃ−ｎ×ｆ（ｎは正および負の整数）で表わされる少なくとも１つの周波数を持った１つの信号、またはそれらの周波数を持った複数の信号の組合せとなる。【０００５】
このビートの抑制について、従来、例えば同期パルス幅変調方式を採用することが提案される。この同期パルス幅変調方式は、キャリア周波数ｆｃを、ＰＷＭインバータの基本周波数ｆの変化に応じて、その基本周波数ｆの整数倍の周波数とするか、またはＰＷＭインバータの各相変換回路の上下アームを構成する半導体スイッチング素子のスイッチング動作を、ＰＷＭインバータの基本周波数ｆに同期させ、ＰＷＭインバータの交流出力電圧の精度を向上するものである。この同期パルス幅変調方式を採用すれば、ＰＷＭインバータの交流出力電圧の波形が電圧指令波形と同期するので、ビートを抑制することができる。しかし、非同期のパルス幅変調方式において、さらにこの同期パルス幅変調を採用する場合には、そのために特別な装置の追加、改造が必要となり、コストアップが生じる不都合がある。【０００６】
特開平９−２３８４７２号公報（特許文献１）には、ＰＷＭインバータの半導体スイッチング素子に対するスイッチングパターンのパルス幅を積分して、ＰＷＭインバータの交流出力電圧を推定し、この推定した交流出力電圧と電圧指令との差分を、次回の電圧指令に加算して補償を行ない、ビートを抑制するものが提案されている。また、特開２００５−２２４０９３号公報（特許文献２）には、キャリア波の周波数を補正することによりビートを抑制するものが提案されている。
【特許文献１】特開平９−２３８４７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２４０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、パルス幅の積分により、ＰＷＭインバータの交流出力電圧を推定するので、その推定には遅れが生じ、次回の電圧指令においてしか補償できず、またその補償もフィードバック制御であるので、ビートの周波数が高い場合などビートの抑制が困難となる。また、特許文献２では、キャリア波の周波数を補正するために、特別なキャリア波の補正回路を追加する必要がある。【０００８】
この発明は、これらの先行技術に比べて、より簡単に、しかも高精度にビートを抑制することのできる改良された電力変換器の制御装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による電力変換器の制御装置は、複数の半導体スイッチング素子により直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換器を制御する電力変換器の制御装置であって、電圧指令信号を発生する電圧指令手段と、前記電圧指令信号に対する補償を行ない、補償電圧指令信号を発生する電圧指令補償手段と、前記補償電圧指令信号とキャリア波に基づいて、前記各半導体スイッチング素子に対するスイッチング信号を発生するスイッチングパターン演算手段とを有し、前記電力変換器の変換基本周波数をｆとし、前記キャリア波のキャリア周波数をｆｃとしたときに、前記電圧指令補償手段は、ｆｃ−ｎ×ｆ（但しｎは連続する正および負の整数）で表わされるグループから選択された少なくとも１つの補償周波数成分を含む補償信号を発生し、この補償信号に基づき前記補償電圧指令信号を発生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による電力変換器の制御装置は、電力変換器の各半導体スイッチング素子を制御する制御回路において、電圧指令手段に電圧指令補償手段を追加し、ｆｃ−ｎ×ｆ（但しｎは連続する正および負の整数）で表わされるグループから選択された少なくとも１つの補償周波数成分を含む補償信号に基づいて、電圧指令信号を補償した補償電圧指令信号とするものであり、フィードフォワード制御により、簡単に、しかも高精度にビートを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における電圧指令補償器の詳細を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１におけるキャリア波を示す波形図である。
【図４】実施の形態１における電圧指令を示すベクトル図である。
【図５】実施の形態１における電圧指令補償信号発生器の詳細を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１における電圧指令補償信号発生器の変形例の詳細を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１による電力変換器の制御装置に関する各種波形を示す波形図である。
【図８】図７と比較するために、実施の形態１における電圧指令補償器を削除した制御回路の各種波形を示す波形図である。
【図９】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態２を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２における電圧指令補償器の詳細を示すブロック図である。
【図１１】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態３を示すブロック図である。
【図１２】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態４を示すブロック図である。
【図１３】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態５を示すブロック図である。
【図１４】この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態６を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態１を示すブロック図である。この実施の形態１の電力変換器の制御装置は、電力変換器１００と、制御回路１０を含む。電力変換器１００は、この実施の形態１では、ＰＷＭインバータ１００Ｉである。制御回路１０は、電力変換器１００に対する制御装置を構成する。この制御回路１０は、電圧指令手段である電圧指令発生器１と、電圧指令補償手段である電圧指令補償器３と、座標変換器６と、スイッチングパターン演算手段であるＰＷＭパターン演算器８を含む。電圧指令発生器１と、電圧指令補償器３と、座標変換器６は、例えばマイクロコンピュータによって実行される手段である。【００１４】
ＰＷＭインバータ１００Ｉは、例えば三相のＰＷＭインバータであり、Ｕ相変換回路１００Ｕと、Ｖ相変換回路１００Ｖと、Ｗ相変換回路１００Ｗを含む。各相変換回路１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗは、一対の直流ライン１０１Ｐ、１０１Ｎの間に互いに並列に接続される。Ｕ相変換回路１００Ｕは、上アーム１００ＵＰと下アーム１００ＵＮを有し、Ｖ相変換回路１００Ｖは、上アーム１００ＶＰと下アーム１００ＶＮを有し、Ｗ相変換回路１００Ｗは上アーム１００ＷＰと下アーム１００ＷＮを有する。Ｕ相交流ライン１０２Ｕは、Ｕ相変換回路１００Ｕの上アーム１００ＵＰと下アーム１００ＵＮとの間に接続される。Ｖ相交流ライン１０２Ｖは、Ｖ相変換回路１００Ｖの上アーム１００ＶＰと下アーム１００ＶＮとの間に接続される。Ｗ相交流ライン１０２Ｗは、Ｗ相変換回路１００Ｗの上アーム１００ＷＰと下アーム１００ＷＮとの間に接続される。【００１５】
各上アーム１００ＵＰ、１００ＶＰ、１００ＷＰおよび各下アーム１００ＵＮ、１００ＶＮ、１００ＷＮは、それぞれ電力用半導体スイッチング素子で構成される。ＰＷＭパターン演算器８から出力されるスイッチング信号９は、スイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを含む。スイッチング信号Ｓｕは、Ｕ相変換回路１００Ｕの上下アーム１００ＵＰ、１００ＵＮを構成する各半導体スイッチング素子を相補的にオン、オフし、スイッチング信号Ｓｖは、Ｖ相変換回路１００Ｖの上下アーム１００ＶＰ、１００ＶＮを構成する各半導体スイッチング素子を相補的にオン、オフし、また、スイッチング信号Ｓｗは、Ｗ相変換回路１００Ｗの上下アーム１００ＷＰ、１００ＷＮを構成する各半導体スイッチング素子を相補的にオン、オフする。各相変換回路１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗの各上下アームを構成する各半導体スイッチング素子が相補的にオン、オフすることにより、ＰＷＭインバータ１００Ｉは、直流ライン１０１Ｐ、１０１Ｎ間の直流電圧を交流電圧に変換し、交流ライン１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに交流出力電圧を発生する。ＰＷＭインバータ１００Ｉでは、その変換電圧は交流ライン１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗに発生する交流出力電圧であり、この交流出力電圧は基本周波数ｆを持つ。【００１６】
制御回路１０では、電圧指令信号などの信号を取り扱う直交２軸回転座標をｄｑ軸座標とする。電圧指令発生器１は、ｄｑ軸座標上の電圧指令信号２を出力する。この電圧指令信号２は、Ｖｄ*、Ｖｑ*を含む。Ｖｄ*は、ｄ軸上の電圧指令信号であり、Ｖｑ*は、ｑ軸上の電圧指令信号である。電圧指令補償器３と座標変換器６には、座標変換用信号５が供給される。この座標変換用信号５は、座標変換用位相信号θである。電圧指令補償器３は電圧指令信号２を受け、この電圧指令信号２を補償した補償電圧指令信号４を発生する。この補償電圧指令信号４もｄｑ軸上の信号であり、Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*を含む。Ｖｄｃ*は、ｄ軸上の補償電圧指令信号であり、Ｖｑｃ*は、ｑ軸上の補償電圧指令信号である。座標変換器６は、ｄｑ軸上の補償電圧指令信号４を受け、この補償電圧指令信号４を静止座標上の電圧指令信号７に変換する。【００１７】
この静止座標上の電圧指令信号７は、Ｖｕｃ*、Ｖｖｃ*、Ｖｗｃ*を含む。Ｖｕｃ*は、Ｕ相変換回路１００Ｕに対する電圧指令信号であり、Ｖｖｃ*は、Ｖ相変換回路１００Ｖに対する電圧指令信号であり、またＶｗｃ*は、Ｗ相変換回路１００Ｗに対する電圧指令信号である。ＰＷＭパターン演算器８は、静止座標上の電圧指令信号７を受け、この電圧指令信号７をキャリア波Ｃｗと比較し、スイッチング信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗを発生する。このキャリア波Ｃｗが、図３に示される。図３（ａ）はキャリア波Ｃｗの波形を示し、図３（ｂ）はこのキャリア波Ｃｗの位相変化を示す。図３（ａ）（ｂ）の横軸は、共通な時間軸である。このキャリア波Ｃｗは、図３（ａ）から明らかなように、例えば三角波であり、その位相は、図３（ｂ）から明らかなように、周期的に０から２πまで変化する。このキャリア波Ｃｗのキャリア周波数をｆｃとする。【００１８】
図２は、図１の電圧指令補償器３の詳細を示すブロック図である。この電圧指令補償器３は、例えばマイクロコンピュータによって実行される手段である。この電圧指令補償器３は、図２に示すように、信号変換器３１と、電圧指令補償信号発生器３４と、信号変換器３７と、加算器３８１、３８２、３８３を有する。信号変換器３１は、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*とｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を含む電圧指令信号２を受けて、この電圧指令信号２をベクトル表現の電圧指令信号３２に変換し、この電圧指令信号３２を出力する。この電圧指令信号３２は、ベクトル表現の振幅指令信号Ｖｎ*と、ベクトル表現の位相指令信号θｖ*を含む。振幅指令信号Ｖｎ*は加算器３８１に供給され、位相指令信号θｖ*は加算器３８２に供給される。【００１９】
ベクトル表現の振幅指令信号Ｖｎ*と位相指令信号θｖ*が、図４に示される。図４において、横軸はｄ軸、縦軸はｑ軸である。振幅指令信号Ｖｎ*は、図４から明らかなように、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*とｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*との合成ベクトルであり、位相指令信号θｖ*は、この振幅指令信号Ｖｎ*とｄ軸との間の角度を表わす。【００２０】
位相指令信号θｖ*は、また加算器３８３に供給される。この加算器３８３には、座標変換用位相信号θが供給される。加算器３８３は、位相指令信号θｖ*と座標変換用位相信号θを加算し、静止座標上の電圧指令位相信号３３を発生し、この電圧指令位相信号３３を電圧指令補償信号発生器３４に供給する。電圧指令位相信号３３は、（θｖ*＋θ）に等しい。電圧指令補償信号発生器３４には、電圧指令位相信号３３とともに、キャリア周波数ｆｃが供給される。電圧指令補償信号発生器３４は、電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃとに基づき、電圧指令補償信号３５を出力する。この電圧指令補償信号３５は、振幅成分の補償信号Ｖｃと、位相成分の補償信号θｃを含む。この電圧指令補償信号３５は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートを抑制するための補償信号である。【００２１】
電圧指令補償信号発生器３４は、第１補償信号発生器３４１と、第２補償信号発生器３４２を有する。第１補償信号発生器３４１は、電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃを受けて、これらの電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃに基づき、振幅成分の補償信号Ｖｃを発生する。第２補償信号発生器３４２は、電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃを受けて、これらの電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃに基づき、位相成分の補償信号θｃを発生する。第１補償信号発生器３４１は、振幅成分の補償信号Ｖｃを加算器３８１に供給する。この振幅成分の補償信号Ｖｃは、加算器３８１で振幅指令信号Ｖｎ*と加算される。第２補償信号発生器３４２は、位相成分の補償信号θｃを加算器３８２に供給する。この位相成分の補償信号θｃは、加算器３８２で位相指令信号θｖ*と加算される。加算器３８１、３８２から、ベクトル表現の補償電圧指令信号３６が出力される。【００２２】
このベクトル表現の補償電圧指令信号３６は、ベクトル表現の補償振幅指令信号Ｖｎｃ*と、ベクトル表現の補償位相指令信号θｖｃ*を含む。補償振幅指令信号Ｖｎｃ*は、加算器３８１から出力される。この補償振幅指令信号Ｖｎｃ*は、Ｖｎｃ*＝Ｖｎ*＋Ｖｃである。補償位相指令信号θｖｃ*は、加算器３８２から出力される。この補償位相指令信号θｖｃ*は、θｖｃ*＝θｖ*＋θｃである。信号変換器３７は、ベクトル表現の補償電圧指令信号３６を、ｄｑ軸上の補償電圧指令信号４に変換する。このｄｑ軸上の補償電圧指令信号４は、ｄ軸上の補償電圧指令信号Ｖｄｃ*と、ｑ軸上の補償電圧指令信号Ｖｑｃ*を含む。【００２３】
第１補償信号発生器３４１で発生される振幅成分の補償信号Ｖｃ、および第２補償信号発生器３４２で発生される位相成分の補償信号θｃは、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートを抑制するための補償信号である。電圧指令補償器３は、補償信号Ｖｃおよび補償信号θｃに基づき、フィードフォワード制御により、電圧指令信号２を補償電圧指令信号４に変換する。この電圧指令補償器３を用いることにより、簡単に、ビートを抑制することができる。ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートは、ｆｃ−ｎ×ｆ（ｎは連続する正および負の整数）で表わされる周波数グループから選ばれた少なくとも１つの周波数を持った１つの信号、またはその周波数グループから選ばれた複数の周波数を持った複数の信号の組合せとなる。振幅成分の補償信号Ｖｃおよび位相成分の補償信号θｃは、ともに、このビートと同じ周波数の補償周波数成分を含む。【００２４】
この補償周波数成分をｆｃｏとする。この補償周波数成分ｆｃｏは、次の式（１）で表わされる補償周波数グループから選ばれた少なくとも１つ、またはその補償周波数グループから選ばれた複数の補償周波数成分を持つ。言い換えれば、補償信号Ｖｃ、θｃは、１つまたは複数の信号を含み、これらの信号は、それぞれ補償周波数成分ｆｃｏ（ｎ）から選ばれた補償周波数成分を持つ。
ｆｃｏ（ｎ）＝ｆｃ−ｎ×ｆ・・・（１）
ただしｎは連続する正および負の整数である。【００２５】
図２の電圧指令補償信号発生器３４における第１補償信号発生器３４１と、第２補償信号発生器３４２の詳細を図５に示す。第１、第２補償信号発生器３４１、３４２は、互いに同じ構成を有する。図５には、これらの第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の内部構成が共通に示される。出力される補償信号がＶｃまたはθｃとして図示される。補償信号Ｖｃを出力するものが第１補償信号発生器３４１であり、補償信号θｃを出力するものが第２補償信号発生器３４２であるので、そのように理解されたい。【００２６】
第１、第２補償信号発生器３４１、３４２は、図５に示すように、ｎ個の複数のプラス側の補償信号発生ステージＣＳＰｎと、ｎ個の複数のマイナス側の補償信号発生ステージＣＳＮｎを含む。プラス側の補償信号発生ステージＣＳＰｎにおいて、ｎは式（１）の連続する正の整数、すなわち（＋１）（＋２）（＋３）・・・に対応しており、プラス側の補償信号発生ステージＣＳＰｎは、具体的には補償信号発生ステージＣＳＰ（＋１）、ＣＳＰ（＋２）、ＣＳＰ（＋３）、・・・を含む。マイナス側の補償信号発生ステージＣＳＮｎにおいて、ｎは式（１）の連続する負の整数、すなわち（−１）（−２）（−３）・・・に対応しており、マイナス側の補償信号発生ステージＣＳＮｎは、具体的には補償信号発生ステージＣＳＮ（−１）、ＣＳＮ（−２）、ＣＳＮ（−３）、・・・を含む。【００２７】
補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎは、それぞれ、電圧指令位相信号３３を受ける乗算器ＭＵＬと、キャリア周波数ｆｃを受ける積分器ＩＮＴと、補償テーブルＴＡＢと、減算器ＤＩＦと、加算器ＡＤＤを有する。乗算器ＭＵＬは、電圧指令位相信号３３をｎ倍する。積分器ＩＮＴは、キャリア周波数ｆｃを積分してキャリア波Ｃｗの位相成分を求め、これを積分出力として発生する。減算器ＤＩＦは、積分器ＩＮＴの積分出力から、乗算器ＭＵＬの乗算出力を減算し、位相ベース信号θｂｎを補償テーブルＴＡＢに供給する。この位相ベース信号θｂｎは、式（１）のｎに対応して、各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎのそれぞれで独立して演算される。補償テーブルＴＡＢは、位相ベース信号θｂｎに対応する補償信号Ｖｃまたはθｃの複数の補償値を記憶し、位相ベース信号θｂｎに基づき、それに対応した補償値を選択して、ステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎとして出力する。加算器ＡＤＤは、このステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを、他の補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎの各ステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎと加算する。【００２８】
各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎの各乗算器ＭＵＬは、式（１）のｎに対応する乗算定数ｎを有する。プラス側の補償信号発生ステージＣＳＰ（＋１）、ＣＳＰ（＋２）、ＣＳＰ（＋３）、・・・の各乗算器ＭＵＬの乗算定数は、それぞれ（＋１）、（＋２）、（＋３）、・・・とされる。マイナス側の補償信号発生ステージＣＳＮ（−１）、ＣＳＮ（−２）、ＣＳＮ（−３）、・・・の各乗算器ＭＵＬの乗算定数は、それぞれ（−１）、（−２）、（−３）、・・・とされる。補償信号発生ステージＣＳＰ（＋１）における加算器ＡＤＤは、すべての補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎのステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを加算し、補償信号Ｖｃまたはθｃを発生する。【００２９】
各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎにおける各補償テーブルＴＡＢには、位相ベース信号θｂｎに対応する複数の補償値が記憶される。これらの各補償値は、予め実験またはシュミレーションによって求められ、各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎの補償テーブルＴＡＢのそれぞれに記憶される。その後、実験またはシュミレーションにより、その補償値を調整することも含む。この補償値は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの運転条件によって変更できる多次元の補償値とすることもできる。ＰＷＭインバータ１００Ｉの運転条件としては、キャリア周波数ｆｃ、基本周波数ｆ、電圧指令信号３２の振幅指令信号Ｖｎ*、およびＰＷＭインバータ１００Ｉの直流ライン１０１Ｐ、１０１Ｎ間の直流電圧値などが採用される。【００３０】
図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２では、プラス側補償信号発生ステージＣＳＰｎとマイナス側補償信号発生ステージＣＳＮｎのそれぞれについて、ｎ個の補償信号発生ステージを形成しているが、ＰＷＭインバータ１００Ｉの運転条件およびその応用分野に応じて、任意の数の補償信号発生ステージを形成することができる。第１、第２補償信号発生器３４１、３４２は、それぞれ図５に示された２ｎ個の補償信号発生ステージの中から選択された少なくとも１つの補償信号発生ステージで構成される。また、図５の各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎでは、積分器ＩＮＴを用いてキャリア周波数ｆｃを積分し、キャリア波Ｃｗの位相を求めているが、図３（ａ）（ｂ）に示すキャリア波Ｃｗの大きさおよび状態から直接キャリア波Ｃｗの位相を求めることもできる。【００３１】
また、図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２は、補償テーブルＴＡＢを用いて、各補償信号発生ステージのステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを求めたが、次の式（２）（３）により演算して、ステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを求めることもできる。
Ｖｃｎ＝Ｒｖｎ×ｃｏｓ（θｂｎ＋Ｆｖｎ）＋Ａｖｎ・・・（２）
θｃｎ＝Ｒｔｈｎ×ｃｏｓ（θｂｎ＋Ｆｔｈｎ）＋Ａｔｈｎ・・・（３）
ただし、Ｖｃｎ、θｃｎの添字ｎは、それぞれビートの周波数（ｆｃ−ｎ×ｆ）におけるｎ、すなわち連続する正および負の整数に対応する。またθｂｎは、各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎの減算器ＤＩＦから出力される位相ベース信号であり、このθｂｎの添字ｎも、それぞれビートの周波数（ｆｃ−ｎ×ｆ）におけるｎ、すなわち連続する正および負の整数に対応する。また、Ｒｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、Ｒｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎは、演算に用いるパラメータであり、これらの各パラメータの添字ｎも、それぞれビートの周波数（ｆｃ−ｎ×ｆ）におけるｎ、すなわち連続する正および負の整数に対応する。Ｒｖｎ、Ｒｔｈｎは振幅パラメータであり、Ｆｖｎ、Ｆｔｈｎは位相パラメータであり、また、Ａｖｎ、Ａｔｈｎは平均値パラメータである。これらの各パラメータは、式（１）の補償周波数グループｆｃｏ（ｎ）の各補償周波数ｆｃｏに対応して設定される。【００３２】
図６は、式（２）または式（３）を用いてステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを演算して出力する場合における第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の構成を示す。この場合にも、第１、第２補償信号発生器３４１、３４２は、互いに同じ構成を有するので、図６には、これらの第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の内部構成が共通に示される。出力される補償信号はＶｃまたはθｃとして図示される。補償信号Ｖｃを出力するものが第１補償信号発生器３４１であり、補償信号θｃを出力するものが第２補償信号発生器３４２である。【００３３】
図６では、図５に示す各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎのそれぞれにおける補償テーブルＴＡＢが、それぞれ演算器ＡＲＳに置き換えられている。その他は、図５と同じに構成される。各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎにおける各演算器ＡＲＳは、式（２）または式（３）を用いて、ステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを演算する。この各演算器ＡＲＳは、各補償信号発生ステージＣＳＰｎ、ＣＳＮｎのそれぞれで、式（２）の各パラメータＲｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、または式（３）の各パラメータＲｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎを参照して、ステージ補償信号Ｖｃｎまたはθｃｎを演算する。各演算器ＡＲＳでは、これらの各パラメータがパラメータテーブルに記憶されるが、信号波形をテーブル化するものに比較して、パラメータテーブルの記憶容量を小さくできる。また式（２）または式（３）の各パラメータは、ＰＷＭインバータ１００Ｉの運転条件に応じて値を変更できるような多次元のパラメータ値とすることもできる。【００３４】
実施の形態１による電力変換器の制御装置について、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧の精度改善の効果を図７、図８を参照して説明する。図７は、実施の形態１による電力変換器の制御装置に関する各種波形を示し、図８は、これと比較するために、実施の形態１における電圧指令補償器３を削除した制御回路１０の各種波形を示す。図７（ａ）は、電圧指令補償器３から出力される補償電圧指令信号４におけるｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄｃ*と、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑｃ*を示す。図８では、電圧指令補償器３が使用されず、電圧指令信号２がそのまま電圧指令信号４となるので、図８（ａ）は、電圧指令信号２におけるｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*と、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を示す。図７（ｂ）は、ｄｑ軸上の補償電圧指令信号４に基づき演算された静止座標上のＵ、Ｖ、Ｗ相の交流出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変換率とキャリア波Ｃｗを示す。図８（ｂ）は、ｄｑ軸上の電圧指令信号２に基づき演算された交流出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変換率とキャリア波Ｃｗを示す。図７（ｃ）、図８（ｃ）は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧Ｖをｄ軸から観察した波形を示す。図７（ｄ）、図８（ｄ）は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧Ｖをｑ軸から観察した波形を示す。図７、図８の（ｃ）（ｄ）では、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧波形Ｖを、キャリア波Ｃｗの各頂点間で平均した平均波形Ｖａｖと合わせて示している。【００３５】
なお、図７、図８は、いずれも、キャリア周波数ｆｃ＝５（ｋＨｚ）、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧の基本周波数ｆ＝１．２（ｋＨｚ）、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*＝１４０（Ｖ）、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*＝０、電力変換器１００の直流ライン１０１Ｐ、１０１Ｎ間の直流電圧を３００（Ｖ）とした場合の波形を例示している。この場合、（ｆｃ／ｆ）は、約４．２であり、キャリア周波数ｆｃは、基本周波数ｆに比べて充分高い周波数とは言えない。図７、図８の横軸は、共通な時間軸である。【００３６】
図８では電圧指令補償器３を使用しないので、図８（ｃ）（ｄ）から、ｎ＝３に相当する１．４（ｋＨｚ）のビートが顕著に現われていることが確認できる。これに対して、図７では、電圧指令補償器３が使用され、図８（ａ）に示す電圧指令信号２のｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*とｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*が、図７（ａ）に示す補償電圧指令信号４のｄ軸上の補償電圧指令信号Ｖｄｃ*とｑ軸上の補償電圧指令信号Ｖｑｃ*として補償された結果、図７（ｃ）（ｄ）の平均波形Ｖａｖに示すように、ビートが抑制される。【００３７】
なお、図７の波形は、電圧指令補償信号発生器３４の第１、第２補償信号発生器３４１、３４２を、図６に示す演算器ＡＲＳを用いて構成した場合の波形である。とくに、ｎ＝３に相当するビートが顕著に現われる運転条件であるので、第１、第２補償信号発生器４３１、３４２は、いずれもｎ＝３に相当するプラス側の補償信号発生ステージＣＳＰ（＋３）だけを用いて構成された。式（２）の演算において、各パラメータは、Ｒｎ（＋３）＝４０、Ｆｎ（＋３）＝０．０２、Ａｖ（＋３）＝１８とされ、また式（３）における各パラメータは、Ｒｔｈ（＋３）＝０．１９、Ｆｔｈ（＋３）＝４．７、Ａｔｈ（＋３）＝０．０４と設定した。【００３８】
図７はＰＷＭインバータ１００Ｉの一つの運転条件に対応する波形であるが、他の運転条件でも、式（２）（３）の各パラメータを調整すれば、同様にビートを抑制することができる。【００３９】
以上のように、実施の形態１によれば、充分に高いキャリア周波数ｆｃを確保できない場合にも、非同期のパルス幅変調方式を採用しながら、充分にビートを抑制することが可能となる。【００４０】
なお、実施の形態１では、ｄｑ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*、Ｖｑ*に対して、補償信号Ｖｃ、θｃを加算するものについて説明したが、静止座標上の電圧指令信号７に対して、補償信号Ｖｃ、θｃを加算するように構成することもできる。この場合、補償信号Ｖｃ、θｃの周波数を操作して加算する必要があるが、電圧指令信号に対する補償動作は実施の形態１と同じである。ｄｑ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*、Ｖｑ*と、静止座標上の電圧指令信号７のいずれに補償信号Ｖｃ、θｃを加算するかは、実装に都合のよいものを選べばよい。【００４１】
実施の形態２．
図９は、この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態２を示すブロック図、図１０は実施の形態２における電圧指令補償器３Ａの詳細を示すブロック図である。【００４２】
この実施の形態２では、実施の形態１における制御回路１０が制御回路１０Ａに置き換えられる。この制御回路１０Ａでは、実施の形態１の電圧指令補償器３に代わって、電圧指令補償器３Ａが使用される。この電圧指令補償器３Ａは、その内部に、実施の形態１の制御回路１０における座標変換器６を組み込んで構成される。電圧指令補償器３Ａは、図１０に示すように、電圧指令補償信号発生器３４と、θｖ*演算器３１１と、ｃｏｓ演算器３１３と、ｓｉｎ演算器３１４と、乗算器３１５、３１６と、加算器３８１、３８２、３８３、３８４と、座標変換器６を有する。図１０に示す電圧指令補償器３Ａにおける電圧指令補償信号発生器３４は、実施の形態１における電圧指令補償信号発生器３４と同じに構成される。またこの電圧指令補償器３Ａ以外は、制御回路１０Ａは、実施の形態１の制御回路１０と同じに構成される。【００４３】
電圧指令補償器３Ａのθｖ*演算器３１１は、ｄｑ軸上の電圧指令信号２に含まれるｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*とｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を受けて、ベクトル表現の位相指令信号３１２を発生する。この位相指令信号３１２は、ベクトル表現の位相指令信号θｖ*である。この位相指令信号θｖ*は、ｃｏｓ演算器３１３とｓｉｎ演算器３１４に供給されるとともに、実施の形態１と同様に、加算器３８３に供給される。電圧指令補償信号発生器３４は、実施の形態１と同様に、加算器３８３からの電圧指令位相信号３３とキャリア周波数ｆｃとに基づき、電圧指令補償信号３５を出力する。この電圧指令補償信号３５は、振幅成分の補償信号Ｖｃと、位相成分の補償信号θｃを含む。この電圧指令補償信号３５は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートを抑制するための補償信号である。【００４４】
電圧指令補償信号３５に含まれる振幅成分の補償信号Ｖｃは、乗算器３１５、３１６に供給される。ｃｏｓ演算器３１３は、位相指令信号θｖ*を受けて、ｃｏｓθｖ*を乗算器３１５に供給し、またｓｉｎ演算器３１４は位相指令信号θｖ*を受けて、ｓｉｎθｖ*を乗算器３１６に供給する。乗算器３１５は、振幅成分の補償信号Ｖｃとｃｏｓθｖ*とを乗算し、その乗算出力、すなわちＶｃ×ｃｏｓθｖ*を加算器３８１に供給する。乗算器３１６は、振幅成分の補償信号Ｖｃとｓｉｎθｖ*とを乗算し、その乗算出力、すなわちＶｃ×ｓｉｎθｖ*を加算器３８２に供給する。加算器３８１は、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*とＶｃ×ｃｏｓθｖ*との加算出力を座標変換器６に供給する。加算器３８２は、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*とＶｃ×ｓｉｎθｖ*との加算出力を座標変換器６に供給する。加算器３８４は、位相成分の補償信号θｃと座標変換用位相信号θとの加算出力を座標変換器６に供給する。【００４５】
座標変換器６は、加算器３８１、３８２、３８４の各加算出力を受けて、静止座標上の補償電圧指令信号７を発生する。この静止軸上の補償電圧指令信号７は、実施の形態１と同様に、Ｕ、Ｖ、Ｗの各変換回路１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗに対する補償電圧指令信号Ｖｕｃ*、Ｖｖｃ*、Ｖｗｃ*を含む。【００４６】
この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られ、加えて、実施の形態１の信号変換器３１、３７を省略して、より簡単な制御回路１０Ａとすることができる。【００４７】
実施の形態３．
図１１は、この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態３を示すブロック図である。【００４８】
この実施の形態３では、実施の形態１における制御回路１０が、制御回路１０Ｂに置き換えられる。電力変換器１００は、この実施の形態３でも、ＰＷＭインバータ１００Ｉとして構成される。このＰＷＭインバータ１００Ｉは、交流ライン１０２を通じて交流負荷１１０に接続される。交流ライン１０２は、交流ライン１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗを含む。この交流ライン１０２には、電圧検出器１１１が配置される。この電圧検出器１１１は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの変換電圧、すなわち交流出力電圧に応じた電圧検出信号１１２を発生する。【００４９】
制御回路１０Ｂは、電圧指令発生器１と、電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８と、電圧フィードバック制御器１１と、調整信号発生器１３と、加算器１５を有する。電圧指令発生器１と、電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８は、実施の形態１と同じに構成される。電圧フィードバック制御器１１は、電圧検出器１１１から電圧検出信号１１２を受け、この電圧検出信号１１２に基づき、フィードバック信号１２を発生する。このフィードバック信号１２をＳｆとする。【００５０】
加算器１５は、電圧指令補償器３と座標変換器６との間に接続される。この加算器１５には、電圧指令補償器３から補償電圧指令信号４が供給され、また、電圧フィードバック制御器１１からフィードバック信号１２が供給される。補償電圧指令信号４は、ｄ軸上の補償電圧指令信号Ｖｄｃ*と、ｑ軸上の補償電圧指令信号Ｖｑｃ*を含んでおり、加算器１５は、これらの補償電圧指令信号Ｖｄｃ*、Ｖｑｃ*のそれぞれにフィードバック信号Ｓｆを加算して、ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートをさらに抑制するように、補償電圧指令信号４を補正する。【００５１】
調整信号発生器１３は、電圧検出器１１１から電圧検出信号１１２を受け、この電圧検出信号１１２に基づき、調整信号１４を発生する。この調整信号１４をＳａｄとする。交流ライン１０２の交流出力電圧にはビート成分が含まれるので、調整信号Ｓａｄは、電圧検出信号１１２に基づき、それに含まれるビート成分の振幅、位相を抽出する。このビート成分は、交流成分であるので、調整信号発生器１３は、フィルタを使用して、ビート成分を抽出する。調整信号発生器１３にフーリエ変換器を設け、このフーリエ変換器により、ビート成分を抽出することもできる。この調整信号Ｓａｄは、電圧指令補償信号発生器３４に供給される。具体的には、この調整信号Ｓａｄは、図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各補償テーブルＴＡＢ、または図６に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各演算器ＡＲＳに供給される。図５の各補償テーブルＴＡＢに供給された調整信号Ｓａｄは、各補償テーブルＴＡＢに記憶された複数の補償値を準備するのに使用される。また、図６の各演算器ＡＲＳに供給された調整信号Ｓａｄは、各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルにおける各パラメータＲｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、Ｒｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎを準備するのに使用される。【００５２】
このように実施の形態３は、実施の形態１における電圧指令補償器３に電圧フィードバック制御器１１と、調整信号発生器１３を組み合わせて使用する。電圧フィードバック制御器１１は、検出電圧信号１１２に含まれるビートを抑制するように補償電圧指令信号４を補正するので、ビートをさらに抑制することができる。調整信号発生器１３は、検出信号に含まれるビート成分により、各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの各パラメータを自動的に求めることを可能とし、各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの作成を容易にする。各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの作成が予め作成された場合には、調整信号発生器１３により、それを微調整することができる。【００５３】
実施の形態３では、実施の形態１の電圧指令補償器３に、電圧フィードバック制御器１１と、調整信号発生器１３と、加算器１５を付加したが、これらを実施の形態２の電圧指令補償器３Ａに付加することもできる。この場合、フィードバック信号１２は、図１０の各加算器３８１、３８２に加算するか、または加算器１５を座標変換器６の出力側に設け、静止座標上の電圧指令信号７をフィードバック信号Ｓｆにより補正する。【００５４】
また、図１１に示す実施の形態３では、電圧検出信号１１２をそのまま電圧フィードバック制御器１１に入力しているが、電圧検出信号１１２を座標変換してｄｑ軸上の信号に変換した後、電圧フィードバック制御器１１に入力することもできる。また、図１１に示す実施の形態３では、電圧検出信号１１２をそのまま調整信号発生器１３に入力しているが、電圧検出信号１１２を座標変換してｄｑ軸上の信号に変換した後、調整信号発生器１３に入力することもできる。これらの変更では、処理の都合のよい形態を選択すればよい。また、図１１に示す実施の形態３では、電圧フィードバック制御器１１と、調整信号発生器１３の両方を使用しているが、いずれか一方、例えば調整信号発生器１３だけを使用することもできる。【００５５】
実施の形態４．
図１２は、この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態４を示すブロック図である。【００５６】
この実施の形態４では、実施の形態１における制御回路１０が、制御回路１０Ｃに置き換えられる。電力変換器１００は、この実施の形態４でも、ＰＷＭインバータ１００Ｉとして構成される。このＰＷＭインバータ１００Ｉは、交流ライン１０２を通じて交流負荷１１０に接続される。交流ライン１０２は、交流ライン１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗを含む。この交流ライン１０２には、電流検出器１１３が配置される。この電流検出器１１３は、ＰＷＭインバータ１００Ｉの変換電流、すなわち交流出力電流に応じた電流検出信号１１４を発生する。ＰＷＭインバータ１００Ｉの交流出力電圧に含まれるビートは、交流負荷１１０に対する交流出力電流に脈動をもたらす。電流検出信号１１４は、このビートによる脈動成分を含む。【００５７】
制御回路１０Ｃは、電流指令発生器２１と、電流フィードバック制御器２３と、電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８と、調整信号発生器１３を有する。電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８は、実施の形態１と同じに構成される。電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３は、電圧指令発生器１を構成する。電流指令発生器２１は、ｄｑ軸上の電流指令信号２２を発生する。この電流指令信号２２は、ｄ軸上の電流指令信号Ｉｄ*と、ｑ軸上の電流指令信号Ｉｑ*を含み、電流フィードバック制御器２３に供給される。電流フィードバック制御器２３は、電流検出器１１３から電流検出信号１１４を受け、この電流検出信号１１４に基づき、電流指令信号Ｉｄ*、Ｉｑ*をフィードバック制御して、電圧指令信号２を発生する。この電圧指令信号２は、実施の形態１と同様に、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*と、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を含み、電圧指令補償器３に供給される。電流フィードバック制御器２３が、ビートによる脈動成分を含む電流検出信号１１４に対応するので、電流フィードバック制御器２３は、そのビートを抑制するようにして、電圧指令信号２を発生する。【００５８】
調整信号発生器１３は、電流検出器１１３から電流検出信号１１４を受け、この電流検出信号１１４に基づき、調整信号１４を発生する。この調整信号１４をＳａｄとする。交流ライン１０２の交流出力電流にはビートに伴なう脈動成分（交流成分）が含まれるので、調整信号Ｓａｄは、電流検出信号１１２に基づき、それに含まれる脈動成分の振幅、位相を抽出する。この脈動成分は、ビートに伴なう交流成分であるので、調整信号発生器１３は、フィルタを使用して、脈動成分を抽出する。調整信号発生器１３にフーリエ変換器を設け、このフーリエ変換器により、脈動成分を抽出することもできる。この調整信号Ｓａｄは、電圧指令補償信号発生器３４に供給される。具体的には、この調整信号Ｓａｄは、図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各補償テーブルＴＡＢ、または図６に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各演算器ＡＲＳに供給される。図５の各補償テーブルＴＡＢに供給された調整信号Ｓａｄは、各補償テーブルＴＡＢに記憶された複数の補償値を準備するのに使用される。また、図６の各演算器ＡＲＳに供給された調整信号Ｓａｄは、各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルにおける各パラメータＲｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、Ｒｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎを準備するのに使用される。【００５９】
このように実施の形態４は、実施の形態１における電圧指令補償器３に電流フィードバック制御器２３と、調整信号発生器１３を組み合わせて使用する。電流フィードバック制御器１１は、電流検出信号１１４に含まれるビートに伴なう脈動成分を抑制するようにして、電圧指令信号２を発生するので、ビートをさらに抑制することができる。調整信号発生器１３は、電流検出信号１１４に含まれるビートに伴なう脈動成分により、各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの各パラメータを自動的に求めることを可能とし、各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの作成を容易にする。各補償テーブルＴＡＢまたは各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルの作成が予め作成された場合には、調整信号発生器１３により、それを微調整することができる。【００６０】
実施の形態４では、実施の形態１の電圧指令補償器３において、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３により電圧指令発生器１を構成し、さらに電圧指令補償器３に対する調整信号発生器１３を付加したが、これらの構成を実施の形態２の制御回路１０Ａに採用することもできる。この場合、実施の形態２の制御回路１０Ａでも、電圧指令発生器１が、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３で構成され、また電圧指令補償器３Ａに対する調整信号発生器１３が付加される。【００６１】
また、図１２に示す実施の形態４では、電流検出信号１１４をそのまま電流フィードバック制御器２３に入力しているが、電流検出信号１１４を座標変換してｄｑ軸上の信号に変換した後、電流フィードバック制御器２３に入力することもできる。また、図１２に示す実施の形態４では、電流検出信号１１４をそのまま調整信号発生器１３に入力しているが、電流検出信号１１４を座標変換してｄｑ軸上の信号に変換した後、調整信号発生器１３に入力することもできる。これらの変更では、処理の都合のよい形態を選択すればよい。また、図１２に示す実施の形態４では、電流フィードバック制御器２３と、調整信号発生器１３の両方を使用しているが、いずれか一方、例えば調整信号発生器１３だけを使用することもできる。【００６２】
実施の形態５．
図１３は、この発明による電力変換器の制御装置に実施の形態５を示すブロック図である。この実施の形態５は、電力変換器１００をＰＷＭインバータ１００Ｉとし、このＰＷＭインバータ１００Ｉを、交流電動機１１１Ｍの駆動システムに応用したものである。【００６３】
実施の形態５では、図１３に示すように、ＰＷＭインバータ１００Ｉが交流ライン１０２を通じて交流電動機１１１Ｍに接続され、ＰＷＭインバータ１００Ｉが、この交流電動機１１１Ｍを駆動する。交流ライン１０２には電流検出器１１３が接続され、この電流検出器１１３は、ＰＷＭインバータ１００Ｉから交流電動機１１１Ｍへ流れる交流駆動電流に応じた電流検出信号１１４を出力する。交流電動機１１１Ｍにはエンコーダ１１６が設けられる。このエンコーダ１１６は、交流電動機１１１Ｍの軸の回転１１５を受け、エンコーダ信号１１７を出力する。エンコーダ信号は交流電動機１１１Ｍの速度情報や位置情報を含んだ信号である。交流電動機１１１Ｍには、誘導電動機、同期電動機など各種交流電動機を用いることができる、【００６４】
実施の形態５では、実施の形態１における制御回路１０に代わって、制御回路１０Ｄが使用される。この制御回路１０Ｄは、電流指令発生器２１と、電流フィードバック制御器２３と、電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８と、調整信号発生器１３と、位相発生器２４と、座標変換器２５を有する。電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８は、実施の形態１と同じに構成される。【００６５】
電流指令発生器２１は、エンコーダ１１６からエンコーダ信号１１７を受け、このエンコーダ信号１１７に基づいて、ｄｑ軸上の電流指令信号２２を発生する。この電流指令信号２２は、ｄ軸上の電流指令信号Ｉｄ*と、ｑ軸上の電流指令信号Ｉｑ*を含み、電流フィードバック制御器２３に供給される。位相発生器２４は、エンコーダ１１６からエンコーダ信号１１７を受け、座標変換用信号５、具体的には座標変換用位相信号θを発生する。この座標変換用位相信号θは、電圧指令補償器３と座標変換器６とに供給され、また座標変換器２５にも供給される。座標変換器２５は、電流検出器１１３から電流検出信号１１４を受け、この電流検出信号１１４を、座標変換用位相信号θに基づき、ｄｑ軸上の電流検出信号２６に変換する。【００６６】
電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３は、電圧指令発生器１を構成する。電流フィードバック制御器２３は、座標変換器２５からｄｑ軸上の電流検出信号２６を受け、この電流検出信号２６に基づき、電流指令信号Ｉｄ*、Ｉｑ*をフィードバック制御して、電圧指令信号２を発生する。この電圧指令信号２は、実施の形態１と同様に、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*と、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を含み、電圧指令補償器３に供給される。電流フィードバック制御器２３が、ビートによる脈動成分を含む電流検出信号１１４に対応するので、電流フィードバック制御器２３は、そのビートを抑制するようにして、電圧指令信号２を発生する。【００６７】
調整信号発生器１３は、この実施の形態５では、座標変換器２５からｄｑ軸上の電流検出信号２６を受け、調整信号Ｓａｄを発生し、この調整信号Ｓａｄを電圧指令補償器３の電圧指令補償電圧発生器３４に供給する。交流ライン１０２の交流駆動電流にはビートに伴なう脈動成分が含まれるので、調整信号Ｓａｄは、電流検出信号２６に基づき、それに含まれるビートに伴なう脈動成分の振幅、位相を抽出する。この脈動成分は、交流成分であるので、調整信号発生器１３は、実施の形態４における調整信号発生器１３と同様に、フィルタまたはフーリエ変換器を用いて脈動成分を抽出する。調整信号Ｓａｄは、実施の形態４と同様に、図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各補償テーブルＴＡＢ、または図６に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各演算器ＡＲＳに供給される。図５の各補償テーブルＴＡＢに供給された調整信号Ｓａｄは、各補償テーブルＴＡＢに記憶された複数の補償値を準備するのに使用される。また、図６の各演算器ＡＲＳに供給された調整信号Ｓａｄは、各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルにおける各パラメータＲｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、Ｒｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎを準備するのに使用される。【００６８】
この制御回路１０Ｄを交流電動機１１１Ｍの駆動システムに応用した実施の形態５では、ＰＷＭインバータ１００Ｉの基本周波数ｆに比べてキャリア周波数ｆｃを充分に大きくできない非同期パルス幅制御方式において、ＰＷＭインバータ１００Ｉのビートを抑制することができ、このビートに伴ない交流電動機１１１Ｍの駆動電流が脈動するのを抑えることができる。交流電動機１１１Ｍの駆動電流が脈動すれば、交流電動機１１１Ｍのトルクにリップルが生じ、また騒音も増加するが、実施の形態５では、このようなトルクのリップルおよび騒音の増加を抑制できる。また駆動電流が脈動すれば、無駄な電流が増加して電力損失も増大するが、実施の形態５では、交流電動機１１１Ｍの電力損失も低減できる。また、ＰＷＭインバータ１００Ｉの基本周波数ｆが、キャリア周波数ｆｃに近づくように増大してもビートを抑制できるので、ＰＷＭインバータ１００Ｉの基本周波数ｆの高い範囲まで、交流電動機１１１Ｍの運転速度領域を拡大することもできる。逆に言えば、キャリア周波数ｆｃをＰＷＭインバータ１００Ｉの基本周波数ｆに近づけることができ、ＰＷＭインバータ１００Ｉにおけるスイッチング損失を低減することができる。【００６９】
実施の形態５では、実施の形態１の電圧指令補償器３において、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３により電圧指令発生器１を構成し、さらに電圧指令補償器３に対する調整信号発生器１３を付加し、位相発生器２４と、座標変換器２５を追加したが、これらの構成を実施の形態２の制御回路１０Ａに採用することもできる。この場合、実施の形態２の制御回路１０Ａでも、電圧指令発生器１が、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３で構成され、また電圧指令補償器３Ａに対する調整信号発生器１３が付加され、位相発生器２４と、座標変換器２５が追加される。【００７０】
実施の形態６．
図１４は、この発明による電力変換器の制御装置の実施の形態６を示すブロック図である。この実施の形態６は、電力変換器１００をＰＷＭコンバータ１００Ｃとし、このＰＷＭコンバータ１００Ｃを交流電源１２０から駆動し、直流負荷１３０に給電するコンバータシステムに応用したものである。【００７１】
実施の形態６では、図１４に示すように、ＰＷＭコンバータ１００Ｃが交流ライン１０２を通じて交流電源１２０に接続され、また直流ライン１０１を通じて直流負荷１３０に接続される。交流電源１２０は、商用交流電源であり、その周波数は５０（Ｈｚ）または６０（Ｈｚ）である。ＰＷＭコンバータ１００Ｃは、交流電源１２０により駆動され、交流電源１２０からの交流電圧を直流電圧に変換するので、ＰＷＭコンバータ１００Ｃの変換電圧は、交流電源１２０の交流電圧であり、その基本周波数ｆは５０（Ｈｚ）または６０（Ｈｚ）である。またＰＷＭコンバータ１００Ｃの変換電流は、交流電源１２０からＰＷＭコンバータ１００Ｃへ流れる交流電流である。【００７２】
交流ライン１０２は、交流ライン１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗを含み、この交流ライン１０２には、電圧検出器１１１と、電流検出器１１３が接続される。電圧検出器１１１は、ＰＷＭコンバータ１００Ｃの変換電圧に応じた電圧検出信号１１２を出力する。電流検出器１１３は、ＰＷＭコンバータ１００Ｃへ流れる変換電流に応じた電流検出信号１１４を出力する。直流ライン１０１は、直流ライン１０１Ｐ、１０１Ｎを含み、この直流ライン１０１には、電圧検出器１３１と、電流検出器１３３が接続される。電圧検出器１３１は、直流ライン１０１の直流電圧に応じた電圧検出信号１３２を出力する。電流検出器１３３は、直流ライン１０１に流れる直流電流に応じた電流検出信号１３４を出力する。【００７３】
実施の形態６では、実施の形態１における制御回路１０に代わって、制御回路１０Ｅが使用される。この制御回路１０Ｅは、電流指令発生器２１と、電流フィードバック制御器２３と、電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８と、調整信号発生器１３と、位相発生器２４と、座標変換器２５を有する。電圧指令補償器３と、座標変換器６と、ＰＷＭパターン演算器８は、実施の形態１と同じに構成される。【００７４】
電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３は、電圧指令発生器１を構成する。電流指令発生器２１は、電圧検出器１３１から電圧検出信号１３２を受け、また電流検出器１３３から電流検出信号１３４を受け、これらの電圧検出信号１３２と電流検出信号１３４に基づいて、ｄｑ軸上の電流指令信号２２を発生する。この電流指令信号２２は、ｄ軸上の電流指令信号Ｉｄ*と、ｑ軸上の電流指令信号Ｉｑ*を含み、電流フィードバック制御器２３に供給される。位相発生器２４は、電圧検出器１１１から電圧検出信号１１２を受け、座標変換用信号５、具体的には座標変換用位相信号θを発生する。この座標変換用位相信号θは、電圧指令補償器３と座標変換器６とに供給され、また座標変換器２５にも供給される。座標変換器２５は、電流検出器１１３から電流検出信号１１４を受け、この電流検出信号１１４を、座標変換用位相信号θに基づき、ｄｑ軸上の電流検出信号２６に変換する。
【００７５】
電流フィードバック制御器２３は、座標変換器２５からｄｑ軸上の電流検出信号２６を受け、この電流検出信号２６に基づき、電流指令信号Ｉｄ*、Ｉｑ*をフィードバック制御して、電圧指令信号２を発生する。この電圧指令信号２は、実施の形態１と同様に、ｄ軸上の電圧指令信号Ｖｄ*と、ｑ軸上の電圧指令信号Ｖｑ*を含み、電圧指令補償器３に供給される。電流フィードバック制御器２３が、ビートによる脈動成分を含む電流検出信号１１４に対応するので、電流フィードバック制御器２３は、そのビートによる脈動成分を抑制するようにして、電圧指令信号２を発生する。【００７６】
調整信号発生器１３は、この実施の形態６では、座標変換器２５からｄｑ軸上の電流検出信号２６を受け、調整信号Ｓａｄを発生し、この調整信号Ｓａｄを電圧指令補償器３の電圧指令補償電圧発生器３４に供給する。交流ライン１０２の交流電流にはビートに伴なう脈動成分が含まれるので、調整信号Ｓａｄは、電流検出信号２６に基づき、それに含まれる脈動成分の振幅、位相を抽出する。この脈動成分は、交流成分であるので、調整信号発生器１３は、実施の形態４における調整信号発生器１３と同様に、フィルタまたはフーリエ変換器を用いて脈動成分を抽出する。調整信号Ｓａｄは、実施の形態４と同様に、図５に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各補償テーブルＴＡＢ、または図６に示す第１、第２補償信号発生器３４１、３４２の各演算器ＡＲＳに供給される。図５の各補償テーブルＴＡＢに供給された調整信号Ｓａｄは、各補償テーブルＴＡＢに記憶された複数の補償値を準備するのに使用される。また、図６の各演算器ＡＲＳに供給された調整信号Ｓａｄは、各演算器ＡＲＳのパラメータテーブルにおける各パラメータＲｖｎ、Ｆｖｎ、Ａｖｎ、Ｒｔｈｎ、Ｆｔｈｎ、Ａｔｈｎを準備するのに使用される。【００７７】
この制御回路１０ＥをＰＷＭコンバータシステムに応用した実施の形態６では、キャリア周波数を低減することにより、ＰＷＭコンバータ１００Ｃのスイッチング損失を低減できる。またキャリア周波数ｆｃを低減しても、ビートの発生が抑制されるので、高調波電流の発生を抑えた高力率制御が可能となる。実施の形態６では交流電源１２０を商用電源
としたが、発電機としてもよい。発電機に基本周波数に応じてキャリア周波数を低減することによりスイッチング損失の低減が図れることは言うまでもない。【００７８】
実施の形態６では、実施の形態１の電圧指令補償器３において、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３により電圧指令発生器１を構成し、さらに電圧指令補償器３に対する調整信号発生器１３を付加し、位相発生器２４と、座標変換器２５を追加したが、これらの構成を実施の形態２の制御回路１０Ａに採用することもできる。この場合、実施の形態２の制御回路１０Ａでも、電圧指令発生器１が、電流指令発生器２１と電流フィードバック制御器２３で構成され、また電圧指令補償器３Ａに対する調整信号発生器１３が付加され、位相発生器２４と、座標変換器２５が追加される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
この発明による電力変換器の制御装置は、直流電力と交流電力との電力変換を行なう各種電力変換器の制御装置に利用できる。
【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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