(57)【要約】【課題】直流母線の電流検出器により検出された直流電流から三相分の電流を検出し、インバータの制御や保護に使用できる三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法及び装置を提供する。【解決手段】直流母線上に挿入された電流検出器４を備え、インバータ１のスイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータ装置において、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算するスイッチングパターン演算手段６と、電流検出器４により検出された直流母線電流をＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換する相電流変換手段８とを備えた。これにより、新たな回路を追加せずに三相各相の電流を確実に検出することができ、かつ検出誤差が三相共に均一となる。【選択図】          図１
2005020816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流母線上に挿入された電流検出器を備え、スイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法において、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算し、前記電流検出器により検出された直流母線電流を前記ＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換して三相各相に流れる電流を演算することを特徴とする三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法。
【請求項２】
前記三相ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭスイッチングパターンの１周期の前半半周期では任意の電圧指令を１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルに１相変調する工程と、前記ＰＷＭスイッチングパターンの１周期の後半半周期では任意の電圧指令を挟む２種類の基本電圧ベクトルを２相変調する工程とを交互に行うＰＷＭスイッチングパターンにより、三相各相に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１記載の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法。
【請求項３】
１相変調時には電圧指令を不足するように設定し、２相変調時には１相変調時に不足させた電圧指令を補った電圧指令に設定し、演算したＰＷＭスイッチングパターンにより、三相各相に流れる電流を検出することを特徴とする請求項２に記載の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法。
【請求項４】
直流母線上に挿入された電流検出器を備え、スイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータ装置において、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算するスイッチングパターン演算手段と、前記電流検出器により検出された直流母線電流を前記ＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換する相電流変換手段とを備えたことを特徴とする三相ＰＷＭインバータ装置。
【請求項５】
前記スイッチングパターン演算手段は、前記三相ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭスイッチングパターンの１周期の前半半周期では任意の電圧指令を１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルに１相変調する処理と、前記ＰＷＭスイッチングパターンの１周期の後半半周期では任意の電圧指令を挟む２種類の基本電圧ベクトルを２相変調する処理とを交互に行うＰＷＭスイッチングパターンを生成するものである請求項４記載の三相ＰＷＭインバータ装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭスイッチングパターンは、１相変調時には電圧指令を不足するように設定し、２相変調時には１相変調時に不足させた電圧指令を補った電圧指令に設定して演算したＰＷＭスイッチングパターンであることを特徴とする請求項５記載の三相ＰＷＭインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭインバータの直流母線の電流検出器により検出された電流に基づいて、三相各相の電流を新たな回路を追加することなしに各相の電流を検出する三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法及びそれを用いた三相ＰＷＭインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法の例として、例えば特開平０７−２９８６３１号公報（特許文献１）には、三相ＰＷＭ電圧発生回路において、１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルと、スイッチング状態の１相のみをスイッチングして得られる大きさを持たないゼロベクトルの、合計３種類の基本電圧ベクトルを用いて、２相分の電流を検出する方法が提案されている。
また、特開平０８−１９２６３公報（特許文献２）のＰＷＭインバータの出力電流検出装置では、サンプリングホールド回路を用いて主回路スイッチング前後の電流の変化から各相の電流を検出する方法が提案されている。
さらに、特開２００２−８４７６０公報（特許文献３）のＰＷＭインバータの出力電流検出装置では、スイッチング素子のスイッチングタイミングを表す三相電圧状態を検出するスイッチングタイミング検出手段からの三相電圧状態に基づいて、電流を取り込むタイミングを決定する電流検出タイミング決定手段と、その電流検出タイミングにおける直流母線電流値と三相電圧状態とから、各相電流を演算する方法が提案されている。
【０００３】
図３は従来の三相ＰＷＭインバータ装置の構成例を示す回路図である。図３において、従来の三相ＰＷＭインバータ装置は、スイッチング素子６個からなるインバータ１と、入力された直流電圧の＋側電圧を前記インバータ１に供給する＋側直流母線２と、入力された直流電圧の−側電圧を前記インバータ１に供給する−側直流母線３と、前記−側直流母線３に挿入された電流検出器４と、前記インバータ２をＰＷＭ駆動することにより駆動される交流電動機５から構成されている。一般にＰＷＭパターンは、任意の電圧指令Ｖ＊に対して、図３の各スイッチング素子のオンまたはオフにより作られる６０度おきの６個の電圧ベクトルを使って、ＰＷＭ半周期毎に時間平均的に目的の任意の電圧指令Ｖ＊を出力できるように演算されている。
【０００４】
例えば図４の任意の電圧指令Ｖ＊を出力するために、この任意の電圧指令Ｖ＊を挟む２つの電圧ベクトルである（１，０，０）をＴａ時間と、（１，１，０）をＴｂ時間、残りの時間を２つのゼロ電圧ベクトル（０，０，０）または（１，１，１）により構成し、時間平均的に任意の電圧ベクトルを作っている。
また、前掲の特許文献１の三相ＰＷＭ電圧発生回路では、任意の電圧指令Ｖ＊を挟む１２０度位相の離れた２つの電圧ベクトル（１，０，０）を（Ｔａ＋Ｔｂ）時間、（０，１，０）をＴｂ時間と、残りの時間を２つのゼロ電圧ベクトルである（０，０，０）と（１，１，１）により構成し、時間平均的に任意の電圧ベクトルを作るようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−２９８６３１号公報
【特許文献２】
特開平０８−１９２６３号公報
【特許文献３】
特開２００２−８４７６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前掲の特許文献１において提案された三相ＰＷＭ電圧発生回路では、スイッチングのパターンによっては１相当りのスイッチング時間が短く電流検出ができない場合があり、また、同時に２相分の電流しか検出できないという問題がある。
また、特許文献２において提案されたＰＷＭインバータの出力電流検出装置では、サンプリングホールド回路など特別な回路が必要となる。
さらに、特許文献３において提案されたＰＷＭインバータの出力電流検出装置では、スイッチングタイミング検出手段が必要である。
上記問題を解決するため、本発明は、直流母線の電流検出器により検出された直流電流から三相分の電流を検出し、インバータの制御や保護に使用できる三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、直流母線上に挿入された電流検出器を備え、スイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法において、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算し、前記電流検出器により検出された直流母線電流を前記ＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換して三相各相に流れる電流を演算することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法において、前記三相ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭスイッチングパターンの１周期の前半半周期では任意の電圧指令を１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルに１相変調する工程と、前記ＰＷＭスイッチングパターンの１周期の後半半周期では任意の電圧指令を挟む２種類の基本電圧ベクトルを２相変調する工程とを交互に行うＰＷＭスイッチングパターンにより、三相各相に流れる電流を検出することを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法において、１相変調時には電圧指令を不足するように設定し、２相変調時には１相変調時に不足させた電圧指令を補った電圧指令に設定し、演算したＰＷＭスイッチングパターンにより、三相各相に流れる電流を検出することを特徴としている。
請求項４記載の発明は、直流母線上に挿入された電流検出器を備え、スイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータ装置において、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算するスイッチングパターン演算手段と、前記電流検出器により検出された直流母線電流を前記ＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換する相電流変換手段とを備えたことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の三相ＰＷＭインバータ装置において、前記スイッチングパターン演算手段は、前記三相ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭスイッチングパターンの１周期の前半半周期では任意の電圧指令を１２０度位相差のある２種類の基本電圧ベクトルに１相変調する処理と、前記ＰＷＭスイッチングパターンの１周期の後半半周期では任意の電圧指令を挟む２種類の基本電圧ベクトルを２相変調する処理とを交互に行うＰＷＭスイッチングパターンを生成することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の三相ＰＷＭインバータ装置において、前記ＰＷＭスイッチングパターンは、１相変調時には電圧指令を不足するように設定し、２相変調時には１相変調時に不足させた電圧指令を補った電圧指令に設定して演算したＰＷＭスイッチングパターンであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明における三相ＰＷＭインバータ装置の実施形態の構成を示す回路図、図２は本発明におけるＰＷＭパターンの例を示すタイムチャートである。
本実施形態における三相ＰＷＭインバータ装置は、スイッチング素子６個からなるインバータ１と、入力された直流電圧の＋側電圧を前記インバータ１に供給する＋側直流母線２と、入力された直流電圧の−側電圧を前記インバータ１に供給する−側直流母線３と、前記−側直流母線３に挿入された電流検出器４と、前記インバータ２をＰＷＭ駆動することにより駆動される交流電動機５と、任意の電圧指令Ｖ＊からインバータ１の各スイッチング素子のスイッチングパターンを決定するスイッチングパターン演算手段６と、そのスイッチングパターンに基づき、インバータ１を駆動するとともに、電流検出器４から出力される電流検出値を取り込んでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７と、スイッチングパターン演算手段６から出力されるスイッチングパターンとＡ／Ｄ変換器７で検出した直流母線電流を相電流に変換する相電流変換手段８とから構成されている。
【０００９】
この実施形態のスイッチングパターン演算手段６において、任意の電圧指令Ｖ＊が与えられた場合におけるＰＷＭパターンの作り方について以下に説明する。
本実施形態では、最初のＰＷＭ周期半周期では任意の電圧指令Ｖ＊を挟む１２０度位相の離れた２つの電圧ベクトル（１，０，０）を（Ｔａ＋Ｔｂ）時間とすべきところをＴａ時間減らしたＴｂ時間、（０，１，０）をＴｂ時間、残りの時間を２つのゼロ電圧ベクトル（０，０，０）または（１，１，１）により１相変調で構成する。
次に、後半のＰＷＭ周期半周期では、同じく任意の電圧指令Ｖ＊を挟む２つの電圧ベクトル（１，０，０）をＴａ時間と最初のＰＷＭ周期半周期で減らしたＴａ時間分を加えた２Ｔａ時間、（１，１，０）をＴｂ時間、残りの時間を２つのゼロ電圧ベクトル（０，０，０）と（１，１，１）により２相変調で構成する。
このＰＷＭパターンの例を図２に示す。この方式にすることにより、任意の電圧ベクトルを指令通りに出力できるだけでなく、２つの１相のみオンした状態と１相のみオフした状態をすべて同じＴｂ時間確保することができる。このときに前記−側直流母線３に流れる電流を電流検出器４で計測することにより、三相各相に流れる電流をＰＷＭ周期１周期中に検出することができる。
基本の電圧ベクトルと電流検出器４で計測される電流の相の関係は表１の通りである。
【００１０】
【表１】
2005020816.tif 000003
【００１１】
このようにＰＷＭ周期１周期毎に時間平均的に任意の電圧指令Ｖ＊を１相変調と２相変調を交互に出力し、且つ１相変調時には電圧指令を不足させ、２相変調時には不足させた電圧指令を補正することで、同じ時間各相の電流を検出する時間が確保できるので、ＰＷＭ１周期毎に各相の電流を検出することができ、交流電動機５の制御やインバータの保護をすることができる。
なお、本実施形態では、インバータ１が交流電動機５を駆動する例であったが、交流電動機５でなくても三相の誘導負荷であったり、インバータ１をアクティブフイルタの形で使用する場合であっても、同様に使用することができる。
また、本実施形態では−側直流母線３に電流検出器４を挿入したが、＋側直流母線２に電流検出器４を挿入しても同じ効果が得られる。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように本発明の三相ＰＷＭインバータの出力電流検出方法及び装置によれば、直流母線上に挿入された電流検出器を備え、スイッチング素子をＰＷＭ駆動することにより、三相電圧を出力する三相ＰＷＭインバータの出力電流検出を行う際に、電圧指令に基づいて所定のＰＷＭスイッチングパターンを演算し、前記電流検出器により検出された直流母線電流を前記ＰＷＭスイッチングパターンに基づいて相電流変換して三相各相に流れる電流を演算することにより、新たな回路を追加せずに三相各相の電流を確実に検出することができ、かつ検出誤差が三相共に均一となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における三相ＰＷＭインバータ装置の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明におけるＰＷＭパターンの例を示すタイムチャートである。
【図３】従来の三相ＰＷＭインバータ装置の構成例を示す回路図である。
【図４】従来における任意の電圧指令を作るための電圧ベクトル図である。
【符号の説明】
１  インバータ
２  ＋側直流母線
３  −側直流母線
４  電流検出器
５  交流電動機
６  スイッチングパターン演算手段
７  Ａ／Ｄ変換器
８  相電流変換手段
【図１】
2005020816.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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