(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換する直交流変換部と、
搬送波と指令である所望の信号波とを比較してＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号生成部と、を備え、
前記ＰＷＭ信号により前記交流電圧を制御するＰＷＭインバータ装置において、
前記ＰＷＭ信号生成部は、
デジタル制御化に伴う前記ＰＷＭ信号の前記信号波に対する位相遅れ分を前記信号波に加えて位相を進ませる位相調整部を備えたことを特徴とするＰＷＭインバータ装置。
【請求項２】
前記搬送波は、前記信号波を生成する制御周期と同期した三角波またはのこぎり波などの周期性波形であることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、
前記信号波を生成する制御周波数が搬送波周波数の特定倍数であるときには搬送波周波数に対する制御周波数の比率で制御周期の半分を除算した分に相当する位相を前記信号波に加えて前記信号波の位相を進ませるものであることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号生成部は、
前記搬送波の周波数を変更する搬送波周波数変更部と、
変更された周波数に合わせて搬送波を生成する搬送波生成部と、を備え、
前記位相調整部は、前記搬送波の周波数の変更に同期して前記搬送波周波数と前記制御周期の比率に合わせた位相分を所望の位相に加えることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交流変換における交流出力電圧を制御するＰＷＭインバータ装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
図７は、第１従来技術を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図である。
図７において、３はコンパレータである。また、ａは信号波、ｂは搬送波、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。
従来のＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部は、図７のように信号波ａと搬送波ｂとをコンパレータ３で比較し、振幅の大小によって出力の状態を決定している（例えば、特許文献１参照）。
また、図８は、第１従来技術のＰＷＭ信号生成部におけるＰＷＭ信号波形である。図８において、ａは信号波、ｂは搬送波、ｔは時間、Ｔは搬送波ｂの周期、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。
以下、図８を用いて、第１従来技術におけるＰＷＭ信号波形について説明する。
例えば、信号波ａが搬送波ｂよりも大きい時にＰＷＭ信号を１、それ以外のときを０とすると、ＰＷＭ波形は図８のようになる。この時、搬送波ｂの振幅を１とすると搬送波ｂの１周期Ｔにおける信号波aとＰＷＭ信号の平均値がおおよそ等しいことになる。【０００３】
図９は、第２従来技術を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図である。図９において、３は信号波と搬送波を比較するコンパレータ、４は三角関数演算部である。また、Ａは所望の振幅、θは所望の位相、ａ１は信号波、ｂは搬送波、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。
また、図１０は、第２従来技術のＰＷＭ信号生成部におけるＰＷＭ信号波形である。図１０において、ａ、ａ１は信号波、ｂは搬送波、ｔ、ｔ１、ｔ２は時間、Ｔは搬送波ｂの周期、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。
以下、図９、１０を用いて第２従来技術のＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の動作について説明する。
信号波aは、ＰＷＭインバータ装置のデジタル制御化により、例えばベクトル制御などを用いる場合、通常振幅Ａと位相θという２つのデータから三角関数を用いて生成することが多くなってきている。この場合の信号波ａ１の式は（１）のようになる。【０００４】
【数１】
0004730435.tif 000002
【０００５】
ここでデジタル制御であるために式（１）の導出は、ある制御周期で実行される。例えば搬送波周波数に同期して実行される場合、信号波ａ１は搬送波周期Ｔで量子化される。すると信号波ａ１は図１０に示されるような波形となり、これを用いてコンパレータ３により比較が行われる。【０００６】
このように、従来のＰＷＭインバータ装置のＰＷＭ信号生成部では、振幅Ａと位相θという２つのデータから三角関数を用いて信号波ａ１を生成する際にデジタル制御を用い、信号波ａ１と搬送波ｂをコンパレータ３で比較し、両者の振幅の大小によって出力の状態を決定していた。
【特許文献１】特開２０００−１０２２５７号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術を用いて生成され出力されるＰＷＭ信号は、信号波ａに対して遅れた信号となってしまい、振幅Ａおよび位相θが正しく伝達されないという問題がある。これは図１０に示した矢印部分の時刻ｔ１からｔ２で確認すると、信号波ａの波形は時刻ｔ１からｔ２までに位相がω（ｔ２−ｔ１）進むが、搬送波周期Ｔで量子化された信号波ａ１は時刻ｔ１でサンプルされるため生成されるＰＷＭ波形の位相は１周期の始まりである時刻ｔ１の位相ωｔ１がこの１周期Ｔの位相となる。ここでωは信号波ａの角周波数でありω＝θ／ｔである。故に周期Ｔの期間で考えると信号波ａの位相はω（ｔ２＋ｔ１）／２であり、ＰＷＭ波形の位相と次の式（２）に示すΔθの誤差が発生する。【０００８】
【数２】
0004730435.tif 000003
【０００９】
式（２）からも分かるように信号波ａの周波数に対して搬送波ｂの周波数が十分大きくない場合、この位相誤差は大きくなるという問題がある。【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、信号波の周波数に対して搬送波の周波数が十分大きくない場合でもＰＷＭ信号生成の際の位相誤差をなくすことができるＰＷＭインバータ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】
【００１１】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、直流電圧を交流電圧に変換する直交流変換部と、搬送波と指令である信号波とを比較してＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号生成部と、を備え、前記ＰＷＭ信号により前記交流電圧を制御するＰＷＭインバータ装置において、前記ＰＷＭ信号生成部は、デジタル制御化に伴う前記ＰＷＭ信号の前記信号波に対する位相遅れ分を前記信号波に加えて位相を進ませる位相調整部を備えたことを特徴とするものである。【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置において、前記搬送波は、前記信号波を生成する制御周期と同期した三角波またはのこぎり波などの周期性波形であることを特徴とするものである。【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置において、前記ＰＷＭ信号生成部は、
前記信号波を生成する制御周波数が搬送波周波数の特定倍数であるときには搬送波周波数に対する制御周波数の比率で制御周期の半分を除算した分に相当する位相を前記信号波に加えて前記信号波の位相を進ませるものであることを特徴とするものである。【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のＰＷＭインバータ装置において、前記搬送波の周波数を変更する搬送波周波数変更部と、変更された周波数に合わせて搬送波を生成する搬送波生成部と、を備え、前記位相調整部は、前記搬送波の周波数の変更に同期して前記搬送波周波数と前記制御周期の比率に合わせた位相分を所望の位相に加えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によると、ＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことができ、ＰＷＭ波形の所望の信号波に対する位相遅れをなくすことができる。【００１６】
また、請求項２に記載の発明によると、搬送波は三角波またはのこぎり波などの周期性波形のものであれば、ＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことができ、ＰＷＭ波形の所望の信号波に対する位相遅れをなくすことができる。【００１７】
また、請求項３に記載の発明によると、所望の信号波を生成する制御周波数が搬送波周波数の特定倍数であればＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことができ、ＰＷＭ波形の所望の信号波に対する位相遅れをなくすことができる。【００１８】
また、請求項４に記載の発明によると、搬送波周波数が変更されたとしてもＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことができ、ＰＷＭ波形の所望の信号波に対する位相遅れをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図
【図２】本発明の第２実施例の説明図であり、ＰＷＭ信号生成部において搬送波としてのこぎり波を適用したときのＰＷＭ信号波形
【図３】本発明の第３実施例の説明図であり、ＰＷＭ信号生成部において制御周波数が搬送波周波数の２逓倍したときのＰＷＭ信号波形
【図４】本発明の第４実施例を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図
【図５】本発明の第４実施例の説明図であり、本発明のＰＷＭ信号生成部において搬送波の周波数が途中で切り替わる搬送波ｂ２を用いた場合の信号波の波形
【図６】本発明の第４実施例のＰＷＭインバータ装置においてＰＷＭ信号を生成する処理手順を示すフローチャート
【図７】第１従来技術を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図
【図８】第１従来技術のＰＷＭ信号生成部におけるＰＷＭ信号波形
【図９】第２従来技術を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図
【図１０】第２従来技術のＰＷＭ信号生成部におけるＰＷＭ信号波形
【符号の説明】
【００２０】
１  直交流変換部
２  ＰＷＭ信号生成部
３  コンパレータ
４  三角関数演算部
５  直流入力
６  交流出力
１１  位相調整部
１２  搬送波周波数変更部
１３  搬送波生成部
ａ、ａ１、ａ２  信号波
ａ３  所望の信号波
ａ４  位相の進んだ信号波
ｂ、ｂ１、ｂ２  搬送波
Ａ  振幅
θ、φ  位相
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２  周期
Ｂ１、Ｂ２  搬送波周波数に対する制御周波数の比率
ｔ  時間
ＰＷＭ  ＰＷＭ信号
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の第1実施例を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図である。
図１において、１は直交流変換部、２はＰＷＭ信号生成部、３は信号波と搬送波を比較するコンパレータ、４は三角関数演算部、５は直流入力、６は交流出力、１１は位相調整部である。また、Ａは所望の振幅、θは所望の位相、φは信号波を進めるための位相、ａ２は信号波、ｂは搬送波、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。
本実施例が第２従来技術を示す図９と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例のＰＷＭインバータ装置は、ＰＷＭ信号の信号波に対するデジタル制御化に伴う位相遅れ分φを信号波に加えて位相を進ませる位相調整部１１をＰＷＭ信号生成部２に備えるようにしている点である。【００２３】
以下、図１を参照して本実施例のＰＷＭインバータ装置のＰＷＭ信号生成部２における動作について説明する。
信号波ａ１は、振幅Ａと位相θという２つのデータから三角関数演算部４にて三角関数を用いてデジタル制御により生成されるが、その周期は搬送波ｂの周波数と同期して実行される。
前述の式（１）を用いて位相θを角周波数ωと時間ｔで表すと式（３）のようになる。【００２４】
【数３】
0004730435.tif 000004
【００２５】
本実施例のＰＷＭインバータ装置の特徴とする点は、ＰＷＭ波形生成の際にＰＷＭ波形の信号波に対する位相遅れをなくすために、信号波の位相を位相φで進めることであり、図１０に示したようなデジタル制御周期が搬送波周期と等倍の場合は、先の位相誤差は式（２）に当たるので、式（３）の信号波ａ１は次の式（４）の信号波ａ２のように表すことが出来る。すなわち、位相調整部１１において、信号波を生成する制御周期の半分に相当する位相を信号波に加えて信号波の位相を進ませ、三角関数演算部４において、振幅Ａとこの進ませた位相より信号波ａ２を作れば良いことが判る。【００２６】
【数４】
0004730435.tif 000005
【００２７】
ここで、振幅Ａは搬送波ｂの振幅と同じである必要がある。
【実施例２】
【００２８】
図２は、本発明の第２実施例の説明図であり、ＰＷＭ信号生成部において搬送波としてのこぎり波を適用したときのＰＷＭ信号波形である。図２において、ａ１は信号波、ｂ１は搬送波、ｔは時間、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。尚、本実施例の構成は第１実施例を示す図１と同じであるのでその説明は省略する。
第１実施例を示す図１では搬送波ｂとして三角波の場合を図示したが、本実施例である図２に示すようなのこぎり波の搬送波ｂ１であっても同様のＰＷＭ波形遅れは発生するので、図２の信号波ａ１のように波形の更新周期が搬送波周波数と同期している場合、前述した式（４）で示したように信号波の位相を進めることでＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことが出来る。
【実施例３】
【００２９】
図３は、本発明の第３実施例の説明図であり、ＰＷＭ信号生成部において制御周波数が搬送波周波数の２逓倍したときのＰＷＭ信号波形である。図３において、ａ、ａ１は信号波、ｂは搬送波、ｔは時間、Ｔは搬送波ｂの周期、ＰＷＭはＰＷＭ信号である。尚、本実施例の構成は第１実施例を示す図１と同じであるのでその説明は省略する。
第１実施例で述べた式（４）の説明では信号波ａ１を生成する制御周期を搬送波周期の等倍としたが、図３のようにこの制御周波数が搬送波周波数の２倍、３倍と逓倍してもまたは１／２倍、１／３倍としても同様な方法でＰＷＭ波形生成の際の位相誤差をなくすことが出来る。制御周波数が搬送波周波数の２倍とするとＰＷＭ波形の位相遅れは１／２倍となる。搬送波周波数に対する制御周波数の比率をＢとすると、信号波ａ２は式（５）のように表せる。【００３０】
【数５】
0004730435.tif 000006
【００３１】
ここで、Ｂは１以上の自然数もしくはその逆数である。
【実施例４】
【００３２】
図４は、本発明の第４実施例を示すＰＷＭインバータ装置におけるＰＷＭ信号生成部の構成図である。図４において、１２は搬送波周波数変更部、１３は搬送波生成部である。尚、図４において、図１と同じ説明符号のものは図１と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例が第１実施例を示す図１と相違する点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例は、図１に示した構成に加え、搬送波の周波数を変更する搬送波周波数変更部１２と、変更された周波数に合わせて搬送波を生成する搬送波生成部１３とを備え、位相調整部１１は、搬送波の周波数の変更に同期して制御周期の比率に合わせた位相分を所望の位相に加えるようにしている点である。【００３３】
図５は、本発明の第４実施例の説明図であり、ＰＷＭ信号生成部において搬送波の周波数が途中で切り替わる搬送波ｂ２を用いた場合の信号波の波形である。図５において、ａ３は所望の信号波、ａ４は位相の進んだ信号波、ｂ２は搬送波、Ｔ１は周波数変更前の搬送波周期、Ｔ２は周波数変更後の搬送波周期、ｔは時間、Ｂ１、Ｂ２は搬送波周波数に対する制御周波数の比率である。
図５に示すように搬送波周波数が切り替わった時刻ｔ１時点から信号波の位相を進めるための位相φを搬送波周波数に対する制御周波数の比率に合わせて変更し、信号波ａ２を生成する。ただし、搬送波周波数の切り替えは制御周期と搬送波周期の一致しているタイミングで三角波波形の搬送波でいえば山もしくは谷で行わなければならない。【００３４】
図６は、本発明の第４実施例のＰＷＭインバータ装置においてＰＷＭ信号を生成する処理手順を示すフローチャートである。
以下、図６を用いて本実施例におけるＰＷＭ信号生成処理について順を追って説明する。
はじめに、ステップＳＴ1で、搬送波周波数変更部１２による搬送波ｂの周波数変更の確認を行い、変更の場合には、ステップＳＴ２にて、位相更新部１３は所望の信号波を進めるための位相φを搬送波周波数に対する制御周波数の比率に合わせて更新する。次に、ステップＳＴ３で、三角関数演算部４は式（５）を用いて信号波ａ２を求める。次に、ステップＳＴ４にて、信号波ａ２と搬送波ｂの振幅の大小をコンパレータ３により比較してＰＷＭ信号を生成する。【００３５】
このように、本実施例に係るＰＷＭインバータ装置は、搬送波周波数から所望の信号波の位相を進めるようにしているので、搬送波周波数の変更にも対応でき、ＰＷＭ波形生成の際に発生する位相遅れをなくすことができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ＰＷＭ方式を用いたあらゆる電力変換装置に適用可能である。
【図１】
0004730435.tif 000007
【図２】
0004730435.tif 000008
【図３】
0004730435.tif 000009
【図４】
0004730435.tif 000010
【図５】
0004730435.tif 000011
【図６】
0004730435.tif 000012
【図７】
0004730435.tif 000013
【図８】
0004730435.tif 000014
【図９】
0004730435.tif 000015
【図１０】
0004730435.tif 000016