(57)【要約】【課題】電源電圧に変動が生じた場合でも簡易な構成により高調波を抑制することを目的とする。【解決手段】制御部２０は、予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、電流検出部によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定部２２と、目標電圧に電圧検出部によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御部２３とを備えている。フィードバック制御部２３は、目標電圧と現在の直流電圧との差分を算出する差分算出部２３ａと、差分から負荷電流を推定する負荷電流推定部２３ｂと、負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に推定された負荷電流を用いて、各双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成部２３ｃとを有している。ここで、パルス導出式は、定格直流電圧、かつ、推定された負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている。【選択図】図２
2013251949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、
前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、
前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、
前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、
前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、
制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、
前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御手段と
を備え、
前記フィードバック制御手段は、
前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定手段と、
前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定手段によって推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成手段と
を有し、
前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置。
【請求項２】
前記目標電圧設定手段は、
前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定手段と、
補正値を決定する補正値決定手段と、
前記電圧推定手段によって推定された電圧と、前記補正値決定手段によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定手段と
を備え、
前記補正値決定手段は、
前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定手段と、
前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定手段によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定手段と、
前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定手段と
を備え、
前記設定手段は、前記第２補正値と前記電圧推定手段によって推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定する請求項１に記載の整流装置。
【請求項３】
前記負荷電流推定手段は、前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分の変化量を用いて、負荷電流を推定する請求項１または請求項２に記載の整流装置。
【請求項４】
前記パルス導出式は、
各相の電源電圧の半周期に４つのパルスを印加するように設定されており、
各相の電源電圧のゼロクロス点を基準位置として、各パルスについてのパルス立ち上がり位置およびパルス幅とが定義されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の整流装置。
【請求項５】
三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とを備える整流装置の制御方法であって、
予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定工程と、
前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御工程と
を含み、
前記フィードバック工程は、
前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出工程と、
前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定工程と、
前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定工程において推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成工程と
を含み、
前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置の制御方法。
【請求項６】
前記目標電圧設定工程は、
前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定工程と、
補正値を決定する補正値決定工程と、
前記電圧推定工程において推定された電圧と、前記補正値決定工程によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定工程と
を含み、
前記補正値決定工程は、
前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定工程と、
前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定工程によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定工程と、
前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定工程と
を含み、
前記設定工程は、前記第２補正値と前記電圧推定工程において推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定する請求項５に記載の整流装置の制御方法。
【請求項７】
三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とを備える整流装置を制御するための制御プログラムであって、
予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定処理と、
前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御処理と
をコンピュータに実行させ、
前記フィードバック処理は、
前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出処理と、
前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定処理と、
前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定処理によって推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成処理と
を含み、
前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置の制御プログラム。
【請求項８】
前記目標電圧設定処理は、
前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定処理と、
補正値を決定する補正値決定処理と、
前記電圧推定処理において推定された電圧と、前記補正値決定処理によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定処理と
を含み、
前記補正値決定処理は、
前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定処理と、
前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定処理によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定処理と、
前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定処理と
を含み、
前記設定処理は、前記第２補正値と前記電圧推定処理において推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定する請求項７に記載の整流装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流装置及びその制御方法並びに制御プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流装置として、三相ブリッジ接続された６個のダイオードからなる三相整流回路と、三相整流回路の直流出力端子間に接続された平滑コンデンサとを備える構成が一般的に使用されている。
従来、このような整流装置においては、電流波形に含まれる高調波を抑制する方法として、例えば、特許文献１に開示される方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、三相交流電源の各相に４個のダイオードが単相ブリッジ接続されてなる単相整流回路を接続し、この単相直流回路の直流出力端子間に半導体双方向スイッチを設け、半導体双方向スイッチを各相電圧のゼロクロス点の前後における約３０度以上６０度未満の期間でオンオフさせることにより、入力電流に含まれる高調波成分の抑制効果などを得ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８２４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明は、入力電流の一周期を細かく分割した電流検出が必要となる上、各区間の電流または電圧を個別に制御する必要がある。このため、制御装置に比較的高い処理能力が要求され、低コスト化を図ることが難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により高調波を抑制することのできる整流装置及びその制御方法並びに制御プログラム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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段と、制御手段とを備え、前記制御手段は、予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定手段と、前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御手段とを備え、前記フィードバック制御手段は、前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出手段と、前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定手段と、前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定手段によって推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成手段とを有し、前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置を提供する。
【０００８】
入力電流に含まれる高調波成分は、入力電流、電源電圧、直流電圧の影響を大きく受ける。換言すると、入力電流、電源電圧、直流電圧を入力したアルゴリズムによりスイッチング条件を決定すれば、高調波を抑制することができる。ここで、直流電圧は、負荷電流の大きさにより変化するため、本発明では、入力電流と電源電圧とに基づいて目標電圧を決定し、目標電圧と直流電圧とを一致させることにより、高調波成分の抑制を図ることとした。ここで、電源電圧については、無負荷状態における電源電圧のピーク値と直流電圧とが一致する。この点に着目し、本発明では、無負荷状態における直流電圧を初期電圧として予め検出しておき、この初期電圧を電源電圧の代わりに用いることにより、電源電圧を検出するためのセンサを省略している。これにより、構成の簡素化、コストの低減を図っている。
また、目標電圧を設定すると、この目標電圧と直流電圧とを一致させるような制御がフィードバック制御手段によって行われる。具体的には、目標電圧と電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分から負荷電流が負荷電流推定手段により推定され、この負荷電流をパルス導出式に用いて各双方向スイッチに与えるパルス信号がパルス信号生成手段によって生成される。このパルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波成分を規定範囲内とするように定義されているので、このパルス導出式を用いて、推定された負荷電流に対応するパルス信号を生成し、各双方向スイッチに与えることで、直流電圧を目標電圧に追従させることができるとともに、直流電流に含まれる高調波を抑制することが可能となる。
例えば、上記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に一致した状態で、負荷電流とパルス信号とをさまざまな値に変化させ、そのときの入力電流に含まれる高調波の様子を事前試験で取得し、取得した多くの試験データからそれぞれの負荷電流のときに高調波を規定範囲内とするパルス信号の関係に基づいて作成したものである。
【０００９】
上記整流装置において、前記目標電圧設定手段は、前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定手段と、補正値を決定する補正値決定手段と、前記電圧推定手段によって推定された電圧と、前記補正値決定手段によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定手段とを備え、前記補正値決定手段は、前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定手段と、前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定手段によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定手段と、前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定手段とを備え、前記設定手段は、前記第２補正値と前記電圧推定手段によって推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定することとしてもよい。
【００１０】
本発明では、電源電圧も負荷電流も推定により算出していることから、実際の電源電圧と推定の電源電圧とに誤差が生じていた場合や、実際の負荷電流と推定の負荷電流とに誤差が生じていた場合には、効果的に高調波成分を低減できない場合が生ずる。そこで、本発明では、目標電圧に基づいて理論上の目標負荷電流を設定し、この目標負荷電流に推定負荷電流を一致させるような第１補正値を決定することとし、この第１補正値を反映して目標電圧を決定することとした。これにより、負荷電流を考慮した適切な目標電圧を設定することが可能となり、直流電圧を目標電圧に一致させることができるとともに、負荷電流を目標負荷電流に一致させることが可能となる。この結果、実際の負荷電流と負荷電流の推定値との誤差が拡大するような事象を回避することが可能となり、高調波を効果的に抑制することができる。
また、他の観点として、例えば、目標電圧を一定値とし、直流電圧を一定の目標電圧に追従するようにパルス信号を制御した場合、パルス信号の自由度が制限され、所望の高調波抑制効果を得ることができない場合がある。これに対し、上記構成によれば、負荷電流に応じて目標電圧を補正、換言すると、目標電圧を変動させるので、パルス信号の自由度が広がり、従来以上の高調波抑制効果を期待することができる。
なお、上記構成によれば、目標電圧を変化させるため、当該整流装置の出力電圧が多少変動することとなる。しかしながら、このような出力電圧の変動幅は、一般的な機器が対応可能な範囲を超える程度にまで大きな値とはならないことから、目標電圧を変化させることによる機器への影響はほとんどないといえる。
【００１１】
上記整流装置において、前記負荷電流推定手段は、前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分の変化量を用いて、負荷電流を推定することとしてもよい。
【００１２】
上記整流装置において、前記パルス導出式は、例えば、各相の電源電圧の半周期に４つのパルスを印加するように設定されており、各相の電源電圧のゼロクロス点を基準位置として、各パルスについてのパルス立ち上がり位置およびパルス幅とが定義されている。
【００１３】
本発明は、三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とを備える整流装置の制御方法であって、予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定工程と、前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御工程とを含み、前記フィードバック工程は、前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出工程と、前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定工程と、前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定工程において推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成工程とを含み、前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置の制御方法を提供する。
【００１４】
上記整流装置の制御方法において、前記目標電圧設定工程は、前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定工程と、補正値を決定する補正値決定工程と、前記電圧推定工程において推定された電圧と、前記補正値決定工程によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定工程とを含み、前記補正値決定工程は、前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定工程と、前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定工程によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定工程と、前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定工程とを含み、前記設定工程は、前記第２補正値と前記電圧推定工程において推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定することとしてもよい。
【００１５】
本発明は、三相交流電源の各相線に接続されたリアクトルと、前記リアクトルから出力される交流電圧を整流する三相整流器と、前記三相整流器と負荷との間の直流端子間に直列接続される２つの平滑コンデンサと、前記三相整流器の各入力端子と２つの前記平滑コンデンサの接続点との間に接続される複数の双方向スイッチと、前記三相整流器により整流された後の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記三相整流器よりも入力側の一相の電流または２相以上の平均電流を入力電流として検出する電流検出手段と、前記三相整流器に入力される電源電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段とを備える整流装置を制御するための制御プログラムであって、予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧と、前記電流検出手段によって検出された入力電流とを用いて目標電圧を設定する目標電圧設定処理と、前記目標電圧に前記電圧検出手段によって検出される直流電圧を追従させるフィードバック制御処理とをコンピュータに実行させ、前記フィードバック処理は、前記目標電圧と前記電圧検出手段によって検出された直流電圧との差分を算出する差分算出処理と、前記差分から負荷電流を推定する負荷電流推定処理と、前記負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に前記負荷電流推定処理によって推定された負荷電流を用いて、各前記双方向スイッチに与えるパルス信号を生成するパルス信号生成処理とを含み、前記パルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されている整流装置の制御プログラムを提供する。
【００１６】
上記整流装置の制御プログラムにおいて、前記目標電圧設定処理は、前記電流検出手段によって検出された入力電流に対応する電圧を推定する電圧推定処理と、補正値を決定する補正値決定処理と、前記電圧推定処理において推定された電圧と、前記補正値決定処理によって決定された補正値とを用いて目標電圧を設定する設定処理とを含み、前記補正値決定処理は、前記目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する目標負荷電流設定処理と、前記目標負荷電流に、前記負荷電流推定処理によって推定された負荷電流を一致させるための第１補正値を決定する第１補正値決定処理と、前記第１補正値と前記初期電圧とを用いて第２補正値を決定する第２補正値決定処理とを含み、前記設定処理は、前記第２補正値と前記電圧推定処理において推定された電圧とを用いて、前記目標電圧を設定することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な構成により高調波を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る整流装置を適用したモータ駆動装置の概略構成を示した回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図３】パルス信号の一例を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る整流装置をモータ駆動装置に適用した場合の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る整流装置１０を適用したモータ駆動装置の概略構成を示した回路図である。図１に示すように、本実施形態に係る整流装置１０は、三相交流電源１１からの三相交流電力を直流電力に変換するものである。図１に示したモータ駆動装置において、整流装置１０によって直流に変換された電力は、インバータ３０によって３相交流電力に再度変換され、モータ４０に供給される。これにより、モータ４０が駆動される。
【００２１】
整流装置１０は、三相交流電源１１の各相線（Ｒ相、Ｔ相、Ｓ相）に接続されたリアクトル１２と、各リアクトル１２から出力される交流電圧を整流する三相整流器１３と、三相整流器１３の直流出力端子間に、直列接続される２つの平滑コンデンサ１４ａ、１４ｂとを備えている。三相整流器１３は、三相ブリッジ接続された６個のダイオードを備える。
三相整流器１３の各入力端子と平滑コンデンサ１４ａ、１４ｂの互いの接続点との間には、双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３が設けられている。双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のスイッチングは、制御部２０により制御される。
【００２２】
双方向スイッチＳＷ１はＲ相に対応し、双方向スイッチＳＷ２はＴ相に対応し、双方向スイッチＳＷ３はＳ相に対応している。
三相交流電源１１から出力される各相の電圧のゼロクロス点はゼロクロス検出部１６により検出され、制御部２０に出力される。ゼロクロス検出部１６には、例えば、フォトカプラなどが用いられる。
また、三相整流器１３の入力電流Ｉｉｎは電流検出部１７によって検出され、制御部２０に通知される。電流検出部１７には、例えば、カレントトランスなどが用いられる。なお、ここでは所定期間（例えば、数ｍｓ）における３相電流の平均値を入力電流Ｉｉｎとして検出しているが、これに代えて、１相の電流のみを検出することとしてもよいし、２相の電流の平均値を検出することとしてもよい。
また、三相整流器１３によって整流された直流電圧Ｖｄｃは電圧検出部１８によって検出され、検出値が制御部２０に出力される。
【００２３】
次に、制御部２０について図２を参照して説明する。制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置、及びＲＯＭ等の補助記憶装置、及び入出力インターフェースを主体とするマイクロコンピュータにより構成されている。後述の各部の機能を実現するための一連の処理手順は、例えば、プログラムの形式でＲＯＭに記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
【００２４】
図２は、制御部２０により実現される各種機能を展開して示した機能ブロック図である。図２に示すように、制御部２０は、目標電圧設定部２２と、フィードバック制御部２３とを主な構成として備えている。
【００２５】
目標電圧設定部２２は、例えば、予め無負荷状態で検出された直流電圧である初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０を用いて設定される補正値Ｖ＿ｈと、電流検出部１７によって検出された入力電流Ｉｉｎとを用いて目標電圧（制御目標値）Ｖを設定する。ここで、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０は、例えば、整流装置１０の起動前または起動直後に、電圧検出部１８によって検出され、制御部２０内の所定の記憶部（図示略）に格納される値である。
目標電圧設定部２２は、例えば、電圧推定部２２ａ、補正値決定部２２ｂ及び設定部２２ｃを備えている。
【００２６】
電圧推定部２２ａは、例えば、入力電流Ｉｉｎと電圧Ｖ＿ｚとの関係が定義された演算式を有しており、この演算式を用いて入力電流Ｉｉｎに対応する電圧Ｖ＿ｚを推定する。演算式は、例えば、以下の（１）式で与えられる。
【００２７】
Ｖ＿ｚ＝ａ１×Ｉｉｎ＋ｂ１      （１）
【００２８】
（１）式において、Ｖ＿ｚは入力電流Ｉｉｎに対応する電圧、ａ１、ｂ１は予め設定されている定数、Ｉｉｎは入力電流である。
【００２９】
補正値決定部２２ｂは、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０に基づいて補正値Ｖ＿ｈを決定する。補正値Ｖ＿ｈは、例えば、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０が規定値ｃ２１以上の場合には、以下の（２）式により算出され、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０が規定値ｃ２１未満の場合には、（３）式により算出される。
【００３０】
Ｖ＿ｈ＝（ａ２１×Ｖｄｃ＿ｚ０）／（ｃ２１＋ｂ２１）      （２）
Ｖ＿ｈ＝（ａ２２×Ｖｄｃ＿ｚ０）／（ｃ２１＋ｂ２２）      （３）
【００３１】
上記（２）式、（３）式において、ａ２１、ａ２２、ｂ２１、ｂ２２、ｃ２１はいずれも定数である。また、このうちｃ２１は、上述のように、（２）式または（３）式のどちらを用いるかを決定するときに比較される規定値である。ここで、規定値ｃ２１は、例えば、製品の定格電圧のピーク電圧となるように設定され、例えば、定格電圧が４００Ｖの場合には、５６５．７Ｖに設定される。
【００３２】
設定部２２ｃは、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０から算出した補正値Ｖ＿ｈを用いて電圧推定部２２ａによって算出された電圧Ｖ＿ｚを補正し、目標電圧Ｖを設定する。具体的には、電圧Ｖ＿ｚと補正値Ｖ＿ｈとを掛け合わせることにより、目標電圧Ｖを算出する。すなわち、目標電圧Ｖは、以下の（４）式で与えられる。
【００３３】
Ｖ＝Ｖ＿ｚ×Ｖ＿ｈ      （４）
【００３４】
フィードバック制御部２３は、目標電圧Ｖに電圧検出部１８によって検出される直流電圧Ｖｄｃを追従させる。具体的には、フィードバック制御部２３は、差分算出部２３ａ、負荷電流推定部２３ｂ、及びパルス信号生成部２３ｃを備えている。
差分算出部２３ａは、目標電圧Ｖと電圧検出部１８によって検出された直流電圧Ｖｄｃとの差分ΔＶを算出する。
負荷電流推定部２３ｂは、差分ΔＶから負荷電流ＩＬを推定する。例えば、負荷電流推定部２３ｂは、差分ΔＶをパラメータとして含む負荷電流の演算式を保有しており、この負荷電流の演算式に現在の差分ΔＶ（ｎ）を用いることで負荷電流ＩＬを推定する。負荷電流の演算式は、例えば、以下の（５）式で表わされる。
【００３５】
ＩＬ（ｎ）＝ＩＬ（ｎ−１）＋Ｋ{ΔＶ（ｎ）−ΔＶ（ｎ−１）}      （５）
【００３６】
（５）式において、ＩＬ（ｎ）は今回の負荷電流、ＩＬ（ｎ−１）は負荷電流の前回推定値、Ｋは所定の定数、ΔＶ（ｎ）は今回の差分、ΔＶ（ｎ−１）は差分ΔＶの前回値である。
このように、負荷電流ＩＬは、目標電圧Ｖと直流電圧の計測値Ｖｄｃとの差分ΔＶの変化量を用いて推定される。
なお、起動直後など、差分の前回値ΔＶ（ｎ−１）が存在しない場合には、負荷電流の推定は行わない。すなわち、起動時などの過渡時には高調波の規定を満たす必要はないため、直流電圧等が安定した状態に移行してからΔＶによる負荷電流推定を開始する。なお、負荷起動後において、初期の差分ΔＶが過大とならないように、負荷起動前においては、直流電圧Ｖｄｃを所定の値（例えば、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０に所定の電圧値αを加算した値（Ｖｄｃ＿ｚ０＋α））まで、昇圧させておくとよい。
【００３７】
パルス信号生成部２３ｃは、負荷電流をパラメータとして含むパルス導出式を有し、該パルス導出式に負荷電流推定部２３ｂによって推定された負荷電流ＩＬ（ｎ）を用いて、各双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に与えるパルス信号を生成する。
パルス導出式は、例えば、直流電圧が目標電圧に一致した状態で、負荷電流とパルス信号とをさまざまな値に変化させ、そのときの入力電流に含まれる高調波の様子を事前試験で取得し、取得した多くの試験データからそれぞれの負荷電流のときに高調波を規定範囲内とするパルス信号の関係に基づいて作成したものである。
パルス導出式は、例えば、各相の電源電圧の半周期に４つのパルスを印加するように設定されており、各相の電源電圧のゼロクロス点を基準位置として、各パルスについてのパルス立ち上がり位置およびパルス幅とが定義されている。各相の電源電圧のゼロクロス点には、ゼロクロス検出部１６による検出値が用いられる。
【００３８】
・第１パルス幅：Ｗ１＝α１×ＩＬ＋β１
・第２パルス幅：Ｗ２＝α２
・第３パルス幅：Ｗ３＝α３
・第４パルス幅：Ｗ４＝α４
・第１パルス開始位置：ｄｅｇｒｅｅ１=γ１
・第２パルス開始位置：ｄｅｇｒｅｅ２=γ２−（δ１−ＩＬ）
・第３パルス開始位置：ｄｅｇｒｅｅ３=γ３−（δ２−ＩＬ）
・第４パルス開始位置：ｄｅｇｒｅｅ４=γ４−（−δ３×ＩＬ＋ε）
【００３９】
上記のパルス導出式において、α１、β１、α２、α３、α４、γ１、γ２、γ３、γ４、δ１、δ２、−δ３、εは所定の定数であり、事前に実施される試験データから導きだされる値である。
【００４０】
パルス信号生成部２３ｃは、パルス導出式によって各相に対応するパルス信号を生成すると、これらのパルス信号を各双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に出力する。
図３に、パルス信号生成部によって生成されるパルス信号の一例を示す。このように、目標電圧Ｖと直流電圧ｄｃとの関係に応じてパルス幅、パルスの立ち上がり位置が調整される。
【００４１】
次に、上記制御部２０の作用について図１及び図２を参照して説明する。
まず、図１においてゼロクロス検出部１６により電源電圧のゼロクロス点が検出され、電流検出部１７によって入力電流Ｉｉｎが検出され、電圧検出部１８によって直流電圧Ｖｄｃが検出され、これらの検出情報が制御部２０に出力される。
入力電流Ｉｉｎは、電源電圧推定部２２ａに出力され、入力電流Ｉｉｎから電圧Ｖ＿ｚが推定される。推定された電圧Ｖ＿ｚは設定部２２ｃに出力される。補正値決定部２２ｂでは、初期電圧Ｖ＿ｚ０に基づいて補正値Ｖ＿ｈが決定され、決定された補正値Ｖ＿ｈが設定部２２ｃに出力される。設定部２２ｃでは、補正値決定部２２ｂにおいて決定された補正値Ｖ＿ｈを用いて電圧Ｖ＿ｚが補正され、目標電圧Ｖが設定される。目標電圧Ｖは、フィードバック制御部２３に出力される。
【００４２】
フィードバック制御部２３では、差分算出部２３ａにおいて、電圧検出部１８によって検出された直流電圧Ｖｄｃと目標電圧Ｖとの差分が算出され、負荷電流推定部２３ｂにおいて、この差分を用いて負荷電流ＩＬが推定される。負荷電流ＩＬは、パルス信号生成部２３ｃにおいてパルス導出式に用いられ、パルス幅とパルス位置とが設定される。更に、ゼロクロス検出部１６から入力される各相のゼロクロス点の情報を用いて、各相に対応するパルス信号が生成される。
【００４３】
このようにして、目標電圧Ｖと直流電圧Ｖｄｃとの関係に応じたパルス信号が双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３に与えられ、電圧の昇圧量が調整される。
そして、上述した制御が所定の時間間隔で繰り返し行われることにより、電圧検出部１８によって検出される直流電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖに徐々に近づき、最終的に一致することとなる。
【００４４】
この場合において、上述したパルス導出式は、直流電圧が目標電圧に等しく、かつ、推定された前記負荷電流のときに、高調波を規定範囲内とするように定義されているので、高調波を規定範囲内に抑制することができる。
本実施形態に係る整流装置及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、電源電圧および負荷電流を検出するためのセンサを不要とすることができ、簡素な構成により、高調波を抑制することができる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る整流装置について図３を参照して説明する。
上述した第１実施形態では、補正値決定部２２ｂが、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０のみに基づいて補正値Ｖ＿ｈを設定していたが、本実施形態に係る整流装置では、負荷電流ＩＬを考慮に入れて補正値を決定する点で、上述した第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４６】
図４は、本実施形態に係る制御部２０´の概略構成を示したブロック図である。
図４に示すように、本実施形態に係る制御部２０´の目標電圧設定部２２´は、電圧推定部２２ａ、補正値決定部２２ｂ´、および設定部２２ｃ´を備えている。
【００４７】
補正値決定部２２ｂ´は、目標負荷電流設定部３１と、第１補正値決定部３２と、第２補正値決定部３３とを備えている。
目標負荷電流設定部３１には、設定部２２ｃ´から出力される目標電圧Ｖが入力され、この目標電圧に基づいて目標負荷電流を設定する。目標負荷電流設定部３１は、例えば、目標電圧Ｖと目標負荷電流ＩＬ＿ｚとの関係が規定された演算式を有しており、この演算式を用いて目標電圧Ｖに対応する目標負荷電流ＩＬ＿ｚを設定する。演算式は、例えば、以下の（６）式で与えられる。
【００４８】
ＩＬ＿ｚ＝ａ３１×Ｖ＋ｂ３１      （６）
【００４９】
（６）式において、ＩＬ＿ｚは目標負荷電流、ａ３１、ｂ３１は予め設定されている定数、Ｖは目標電圧である。
【００５０】
目標負荷電流ＩＬ＿ｚは、差分算出部３４に出力され、ここで目標負荷電流ＩＬ＿ｚと負荷電流推定部２３ｂによって推定された負荷電流ＩＬとの差分ΔＩＬが算出される。差分ΔＩＬは、第１補正値決定部３２に出力される。
【００５１】
第１補正値決定部３２は、目標電圧Ｖと直流電圧Ｖｄｃとの差分ΔＶが予め設定されている所定の範囲内となった場合に、第１補正値の算出を開始する。
例えば、起動時から直流電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖに一致するまでの期間においては、第１補正値決定部３２は、第１補正値Ｖ＿ｈ１＝１として出力し、直流電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖに一致した後においては、以下の（７）式で表わされる演算式を用いて、目標負荷電流ＩＬ＿ｚに負荷電流推定部２３ｂによって推定された負荷電流ＩＬを一致させるための第１補正値を決定する。
【００５２】
Ｖ＿ｈ１（ｎ）＝Ｖ＿ｈ１（ｎ−１）＋Ｋｖ{ΔＩＬ（ｎ）−ΔＩＬ（ｎ−１）}  （７）
【００５３】
（７）式において、Ｖ＿ｈ１（ｎ−１）は第１補正値の前回値、Ｋｖはゲイン制御値、ΔＩＬ（ｎ）は今回算出された目標負荷電流ＩＬ＿ｚと負荷電流ＩＬとの差分、ΔＩＬ（ｎ−１）は目標負荷電流ＩＬ＿ｚと負荷電流ＩＬとの差分の前回値である。
【００５４】
第１補正値決定部３２によって設定された第１補正値Ｖ＿ｈ１は、第２補正値決定部３３に出力される。
第２補正値決定部３３は、第１補正値Ｖ＿ｈ１と初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０とを用いて第２補正値Ｖ＿ｈ２を決定する。第２補正値決定部３３は、例えば、以下の条件式を保有しており、この条件式に基づいて第２補正値Ｖ＿ｈ２を決定する。
まず、初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０に第１補正値Ｖ＿ｈ１（ｎ）を乗算して、補正初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ１を得る。続いて、この補正初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ１が規定値ｃ２１以上の場合には、以下の（８）式を用いて第２補正値Ｖ＿ｈ２を算出し、補正初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ１が規定値ｃ２１未満の場合には、以下の（９）式を用いて第２補正値Ｖ＿ｈ２を算出する。
【００５５】
Ｖ＿ｈ２＝（ａ２１×Ｖｄｃ＿ｚ０）／（ｃ２１＋ｂ２１）      （８）
Ｖ＿ｈ２＝（ａ２２×Ｖｄｃ＿ｚ０）／（ｃ２１＋ｂ２２）      （９）
【００５６】
上記（８）式、（９）式において、ａ２１、ａ２２、ｂ２１、ｂ２２、ｃ２１はいずれも定数である。また、このうちｃ２１は、上述のように、（８）式または（９）式のどちらを用いるかを決定するときに比較される規定値である。また、上記（８）式、（９）式は、上述した第１実施形態における（２）式、（３）式と同一の式とされている。したがって、本実施形態においては、起動時から直流電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖに一致するまでの期間においては、上述した第１実施形態と同様の制御が行われることとなる。
【００５７】
設定部２２ｃ´は、補正値決定部２２ｂ´によって決定された第２補正値Ｖ＿ｈ２を電圧Ｖ＿ｚに乗算することにより、目標電圧Ｖを算出する。
【００５８】
この目標電圧Ｖは、フィードバック制御部２３および補正値決定部２２ｂ´の目標負荷電流設定部３１に出力される。これにより、補正値決定部２２ｂ´によって新たな第２補正値Ｖ＿ｈ２が算出されるとともに、フィードバック制御部２３により目標電圧Ｖに基づく直流電圧Ｖｄｃのフィードバック制御が行われることとなる。
【００５９】
次に、本実施形態に係る制御部２０´の作用について図１及び図４を参照して説明する。
まず、作動が開始されると、図１においてゼロクロス検出部１６により電源電圧のゼロクロス点の情報が検出され、電流検出部１７によって入力電流Ｉｉｎが検出され、電圧検出部１８によって直流電圧Ｖｄｃが検出され、これらの検出情報が制御部２０´に出力される。
入力電流Ｉｉｎは、電源電圧推定部２２ａに出力され、入力電流Ｉｉｎから電圧Ｖ＿ｚが推定される。
また、起動直後においては、目標電圧Ｖと直流電圧Ｖｄｃとが一致していないため、補正値決定部２２ｂ´においては、第１補正値Ｖ＿ｈ１＝１と設定され、補正初期電圧Ｖ＿ｚ１＝初期電圧Ｖｄｃ＿ｚ０として第２補正値Ｖ＿ｈ２が決定される。
【００６０】
第２補正値Ｖ＿ｈ２は、設定部２２ｃ´に出力され、ここで電圧Ｖ＿ｚが第２補正値Ｖ＿ｈ２を用いて補正され、目標電圧Ｖが設定される。目標電圧Ｖはフィードバック制御部２３に出力される。
【００６１】
フィードバック制御部２３では、直流電圧Ｖｄｃを目標電圧Ｖに一致させるようなフィードバック制御が繰り返し行われる。これにより、直流電圧Ｖｄｃが目標電圧Ｖに一致すると、第１補正値決定部３２による第１補正値の算出処理が開始される。
すなわち、目標負荷電流ＩＬ＿ｚに負荷電流推定部２３ｂによって推定された負荷電流ＩＬが一致するような第１補正値Ｖ＿ｈ１が第１補正値決定部３２により設定される。これにより、第２補正値決定部３３では、負荷電流ＩＬを加味した第２補正値Ｖ＿ｈ２が決定される。
【００６２】
この結果、負荷電流ＩＬを目標負荷電流ＩＬ＿ｚに近づけるような目標電圧Ｖが設定されることとなる。そして、この目標電圧Ｖに基づいてフィードバック制御がフィードバック制御部２３により実施されることにより、直流電圧Ｖｄｃを目標電圧Ｖに一致させるとともに、負荷電流ＩＬを目標負荷電流ＩＬ＿ｚに一致させるような双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の制御が行われることとなる。
【００６３】
上述した第１実施形態に係る整流装置では、負荷電流を考慮して目標電圧Ｖが決定されていなかったため、例えば、推定負荷電流を繰り返し算出している間に電源電圧が変化した場合に、この電源電圧の変化に応じて目標電圧を変化させることができない。これは、電源電圧を入力電流と初期電圧とから推定していることに起因する。そして、電源電圧の変化を目標電圧に反映できない場合、実際の負荷電流と推定の負荷電流との誤差が拡大し、所望の高調波抑制効果が得られないおそれがある。
これに対し、本実施形態に係る整流装置では、目標電圧Ｖから理論上の目標負荷電流を設定し、この目標負荷電流に推定された負荷電流ＩＬが一致するような目標電圧が設定される。これにより、目標電圧をより適切な値に設定することができ、パルス導出式を得た時の運転条件と略同じ条件を保つことが可能となる。この結果、高調波成分の抑制を効果的に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  整流装置
１１  三相交流電源
１２  リアクトル
１３  三相整流器
１４ａ、１４ｂ  平滑コンデンサ
１６  ゼロクロス検出部
１７  電流検出部
１８  電圧検出部
２０  制御部
２２  目標電圧設定部
２２ａ  電圧推定部
２２ｂ、２２ｂ´  補正値決定部
２２ｃ、２２ｃ´  設定部
２３  フィードバック制御部
２３ａ  差分算出部
２３ｂ  負荷電流推定部
２３ｃ  パルス信号生成部
３０  インバータ
３１  目標負荷電流設定部
３２  第１補正値決定部
３３  第２補正値決定部
４０  モータ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３  双方向スイッチ
【図１】
2013251949.tif 000003
【図２】
2013251949.tif 000004
【図３】
2013251949.tif 000005
【図４】
2013251949.tif 000006