(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサをオンラインモニタリングする方法であって、前記三相インバータは、空間ベクトル変調を用いて各スイッチングサイクルにおいて負荷に供給される三相電力を制御し、前記方法は、
前記スイッチングサイクル内で、前記ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない期間を求めるステップと、
前記空間ベクトル変調を用いて前記三相インバータを制御することで規定される６つの有効ベクトルおよび２つのヌル電圧ベクトルを用いて、２つの隣接した有効ベクトルからセクタを画定し、前記スイッチングサイクルごとに、基準ベクトルが存在するセクタを求めるとともに、前記有効ベクトルの持続時間及び前記ヌル電圧ベクトルの持続時間を求めるステップと、
前記求められた持続時間から、サンプリング時点を求めるステップと、
前記求められたサンプリング時点において、前記三相インバータから出力される三相それぞれの相電流及びＤＣバス電圧をサンプリングするステップと、
前記求められたサンプリング時点においてサンプリングされた相電流から、前記有効ベクトル中に前記ＤＣバスコンデンサを通る電流を求めるステップと、
以下の定式に従って、前記ＤＣバスコンデンサの静電容量値を推定するステップであって、
【数１】
0006896153.tif 000010
電圧Ｖｃ（ｎ−１）は、前記スイッチングサイクルの半分の開始点における電圧であり、Ｖｃ（ｎ）は、前記スイッチングサイクルの半分の終了点における電圧であり、Ｉａｖｇ１及びＩａｖｇ２は、前記空間ベクトル変調の前記セクタのうちの１つ内の基準ベクトルの位置に応じて求められ、ΔＴ１は、第１の有効ベクトルの持続時間であり、ΔＴ２は、第２の有効ベクトルの持続時間であり、前記Ｉａｖｇ１は、前記第１の有効ベクトルの持続時間ΔＴ１の中点でサンプリングされた相電流から求められた前記ＤＣバスコンデンサを通る電流であり、前記Ｉａｖｇ２は、前記第２の有効ベクトルの持続時間ΔＴ２の中点でサンプリングされた相電流から求められた前記ＤＣバスコンデンサを通る電流である、ステップと、
前記静電容量値を閾値と比較して、前記比較の結果に従って、前記ＤＣバスコンデンサがその寿命に達したか否かを判断するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない期間は、電流検出器による前記ＤＣバスコンデンサに流れる電流の検出結果に基づいて、前記ＤＣバスコンデンサが放電していることによって求められることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
各前記スイッチングサイクルは、スイッチングサイクルの前半部分とスイッチングサイクルの後半部分に分割され、前記サンプリングするステップ、前記推定するステップ及び前記比較するステップは、前記スイッチングサイクルの半分ごとに実行されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
サンプリング時点は、前記有効ベクトルの持続時間の中点として、又は前記スイッチングサイクルの半分の開始点として求められることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない期間は、電流検出器による前記ＤＣバスコンデンサに流れる電流の検出結果に基づいて、検出された電流値が所定の値未満であることによって求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサをオンラインモニタリングする装置であって、前記三相インバータは、空間ベクトル変調を用いて各スイッチングサイクルにおいて負荷に供給される三相電力を制御し、前記装置は、
前記スイッチングサイクル内で、前記ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない期間を求める手段と、
前記空間ベクトル変調を用いて前記三相インバータを制御することで規定される６つの有効ベクトルおよび２つのヌル電圧ベクトルを用いて、２つの隣接した有効ベクトルからセクタを画定し、前記スイッチングサイクルごとに、基準ベクトルが存在するセクタを求めるとともに、前記有効ベクトルの持続時間及び前記ヌル電圧ベクトルの持続時間を求める手段と、
前記求められた持続時間から、サンプリング時点を求める手段と、
前記求められたサンプリング時点において、前記三相インバータから出力される三相それぞれの相電流及びＤＣバス電圧をサンプリングする手段と、
前記求められたサンプリング時点において、サンプリングされた相電流から、前記有効ベクトル中に前記ＤＣバスコンデンサを通る電流を求める手段と、
以下の定式に従って、前記ＤＣバスコンデンサの静電容量値を推定する手段であって、
【数２】
0006896153.tif 000011
電圧Ｖｃ（ｎ−１）は、前記スイッチングサイクルの半分の開始点における電圧であり、Ｖｃ（ｎ）は、前記スイッチングサイクルの半分の終了点における電圧であり、Ｉａｖｇ１及びＩａｖｇ２は、前記空間ベクトル変調の前記セクタのうちの１つ内の基準ベクトルの位置に応じて求められ、ΔＴ１は、第１の有効ベクトルの持続時間であり、ΔＴ２は、第２の有効ベクトルの持続時間であり、前記Ｉａｖｇ１は、前記第１の有効ベクトルの持続時間ΔＴ１の中点でサンプリングされた相電流から求められた前記ＤＣバスコンデンサを通る電流であり、前記Ｉａｖｇ２は、前記第２の有効ベクトルの持続時間ΔＴ２の中点でサンプリングされた相電流から求められた前記ＤＣバスコンデンサを通る電流である、手段と、
前記静電容量値を閾値と比較して、前記比較の結果に従って、前記ＤＣバスコンデンサがその寿命に達したか否かを判断する手段と、
を備えることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサをオンラインモニタリングする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクスの分野では、ＤＣバスコンデンサは、一般的に電解コンデンサが用いられている。電解コンデンサは、劣化しやすい素子として知られている。電解コンデンサの故障は、装置全体の動作停止を招いている。
【０００３】
ＤＣバスコンデンサは、電力変換装置の寿命を制限する最たる因子である。そのため、状態モニタリング技術をＤＣバスコンデンサに用いることで、素子の適切な交換時期の予測を可能にしている。このように素子を交換する準備ができることによって、装置の停止時間を最小限に抑えることができるので、関心が高まっている。
【０００４】
ＤＣバスコンデンサの経年劣化を検出する種々の解決策が提案されている。通常、経年劣化検出は、ＤＣバスコンデンサのいくつかのパラメータの変動をモニタリングすることによって行われる。例えば、ＤＣバスコンデンサの寿命を検出するのにＤＣバス静電容量値の低下、等価直列抵抗（ＥＳＲ：equivalent series resistance）の上昇、又は、損失係数の上昇を用いることができる。パラメータの推定は、コンデンサの電圧及び電流の測定値を用いて行うことができる。
【０００５】
非侵入式の（Non-intrusive）コンデンサ経年劣化検出方法は、通常、精度の高い診断をするのは難しく、例えば回生動作のような特別な動作モードにおいて適用可能である必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
経年劣化の検出の精度に影響を与える一番の因子は、経年劣化の限界の定義である。経年劣化の限界は、通常、あらかじめ決められた温度における固定した値か、又は、モニタリングされるコンデンサのタイプで事前に知られた初期特性若しくはデータシート情報のいずれかから導出される異なる温度における値の組み合わせか、のいずれかによって決められている。データシート情報は、製造業者による公差が比較的大きいので、モニタリングされる特定のコンデンサに対して正確であるとは言えない。加えて、経年劣化の推定には独自の精度があり、このことが、正確な経年劣化を検出する上での更なる制限因子となっている。
【０００７】
本発明の目的は、低コストであり、外乱に強く、繰り返し可能であり、しかも三相インバータの特別な動作モードを必要とすることなしに、前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれる非侵入式のＤＣバスコンデンサの状態モニタリングシステムを提供するものである。
【０００８】
また、本発明の目的は、ＤＣバスコンデンサの初期動作時間中に、正確に経年劣化の限界を規定する自己較正方法を用いて、前段にダイオード整流器を有する三相インバータの通常動作中に動作している正確なＥＳＲ及び／又は静電容量値を推定する方法を用いて、ＤＣバスコンデンサの状態のオンラインモニタリングを提供するものである。
【０００９】
このために、本発明は、前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサをオンラインモニタリングする方法に関する。三相インバータは、空間ベクトル変調を用いて各スイッチングサイクルにおいて負荷に供給される三相電力を制御する。この方法は、
スイッチングサイクル内で、ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない場合にこれを求めるステップと、
スイッチングサイクルごとに、基準ベクトル、有効ベクトル持続時間及びヌル電圧ベクトル持続時間のセクタを求めるステップと、
求められた持続時間から、サンプリング時点を求めるステップと、
求められたサンプリング時点において、三相を通る電流及びＤＣバス電圧をサンプリングするステップと、
求められたサンプリング時点においてサンプリングされた相電流から、有効ベクトル中にＤＣバスコンデンサを通る電流を求めるステップと、
ＤＣバスコンデンサの静電容量値及び／又は等価直列抵抗値を推定するステップと、
静電容量値及び／又は等価直列抵抗値を閾値と比較して、比較の結果に従って、ＤＣバスコンデンサが寿命に達したか否かを判断するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、また、前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサをオンラインモニタリングする装置に関する。三相インバータは、空間ベクトル変調を用いて各スイッチングサイクルにおいて負荷に供給される三相電力を制御する。この装置は、
スイッチングサイクル内で、ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない場合にこれを求める手段と、
スイッチングサイクルごとに、基準ベクトル、有効ベクトル持続時間及びヌル電圧ベクトル持続時間のセクタを求める手段と、
求められた持続時間から、サンプリング時点を求める手段と、
求められたサンプリング時点において、三相を通る電流及びＤＣバス電圧をサンプリングする手段と、
求められたサンプリング時点においてサンプリングされた相電流から、有効ベクトル中にＤＣバスコンデンサを通る電流を求める手段と、
ＤＣバスコンデンサの静電容量値及び／又は等価直列抵抗値を推定する手段と、
静電容量値及び／又は等価直列抵抗値を閾値と比較して、比較の結果に従って、ＤＣバスコンデンサが寿命に達したか否かを判断する手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【００１１】
したがって、本発明は、前段にダイオード整流器を有する三相インバータの通常動作中に動作する正確なＥＳＲ及び／又は静電容量値推定方法を用いてＤＣバスコンデンサの状態のオンラインモニタリングを可能にする。
【００１２】
本発明により、ＤＣバスコンデンサの静電容量値又はＥＳＲ値の推定を可能にすることについて、外乱の影響を一切考慮する必要がない。なぜなら、自然に存在する電圧及び電流リプルが本発明に用いられているためである。ＤＣバスコンデンサを通る電流は、本発明に用いられる特別なサンプリングスキームによって正確に計算される。
【００１３】
特定の特徴によれば、各スイッチングサイクルは、スイッチングサイクルの前半部分とスイッチングサイクルの後半部分に分割され、サンプリングするステップ、推定するステップ及び比較するステップは、スイッチングサイクルの半分ごとに実行される。
【００１４】
したがって、本発明によれば、頻繁にＤＣバスコンデンサのパラメータの推定を実行することができる。推定を多くの回数行うことによって、結果はより高い精度を持つことになる。
【００１５】
特定の特徴によれば、サンプリング時点は、有効ベクトルの持続時間の中点のように、スイッチングサイクルの半分の開始点として求められる。
【００１６】
したがって、例えば寄生インダクタンス及び静電容量の組み合わせに起因して、各スイッチングの後の特定の時間内に過渡現象が生じるので、選択されるサンプリング時点において、過渡現象からはずれたＤＣバス電圧及び相電流を得ることができる。さらに、有効ベクトルの中点における相電流のサンプリングすることによって、電流がダイオード整流器から流れない場合、モニタリングされるコンデンサを流れる各有効ベクトル内の平均電流を正確に求めることができる。コンデンサ電流の計算を行うことによって、コストが高いか又は不便である可能性のあるＤＣバスコンデンサと直列の専用電流センサの使用する必要がなくなり、利用可能な相電流のセンサを利用することができる。
【００１７】
特定の特徴によれば、ＤＣバスコンデンサに電流が供給されない期間を求めるステップは、前段にダイオード整流器の出力に配置された電流センサを用いて、又はＤＣバス電圧の電圧降下を検出することによって、行われる。
【００１８】
したがって、ダイオード整流器によってＤＣバスコンデンサに確実に電流が供給されないようにするために、回生モードにおいて、すなわち、モータの減速中において、動作する必要はない。また、前段にダイオード整流器を持つ装置の場合、電流が規則的に遮断されるので、ＥＳＲ又は静電容量値のようなコンデンサのパラメータをより頻繁に評価することができる。
【００１９】
特定の特徴によれば、閾値は、較正期間中に求められる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、コンデンサの健全な状態に基づいて、正確な閾値、すなわち経年劣化の限界を求めることができる。大半の不確実性は、較正手順によって除去される。なぜならば、較正手順は、自己較正によって、すなわち、ＥＳＲ及び静電容量Ｃを測定することによって、その場で実施されるためである。
【００２１】
特定の特徴によれば、閾値は、得られたＤＣバスコンデンサの温度を用いて複数の閾値の中から選択される。
【００２２】
したがって、本発明によれば、異なる温度におけるＤＣバスコンデンサの健全状態を推定することが可能となる。実際に、推定されるパラメータは温度によって大きく変動し得るので、さまざまな温度における経年劣化の限界を定める必要がある。
【００２３】
本発明の特徴は、例示の実施形態の以下の説明を読むことによってより明らかになる。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサ状態モニタリングシステムのアーキテクチャの一例を表す図である。
【図２】ＤＣバスコンデンサ状態モニタリングシステムの処理ユニットのアーキテクチャを表す図である。
【図３】前段にダイオード整流器を有する三相インバータのＤＣバスコンデンサの状態をモニタリングするアルゴリズムの一例を表す図である。
【図４】ＤＣバスコンデンサの状態がモニタリングされなければならない場合にこれを判定するのに用いられる、前段にダイオード整流器を有する三相インバータの信号を表す図である。
【図５】三相インバータのパルス幅変調方法として用いられる空間ベクトル変調のベクトル及びセクタの一例を表す図である。
【図６Ａ】前段にダイオード整流器を有する三相インバータのスイッチングサイクルの前半部分の間のＤＣバスコンデンサ状態を判定するのに用いられる信号及びパラメータの一例の図である。
【図６Ｂ】前段にダイオード整流器を有する三相インバータのスイッチングサイクルの後半部分の間のＤＣバスコンデンサ状態を判定するのに用いられる信号及びパラメータの一例の図である。
【図７】基準ベクトルが位置するセクタに応じた有効ベクトル中のＤＣバスコンデンサ電流の計算の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明による、前段にダイオード整流器を有する三相インバータ内に含まれるＤＣバスコンデンサ状態モニタリングシステムのアーキテクチャの一例を表している。
【００２６】
電力変換装置は、主に、三相インバータ１６０と、ＤＣバスコンデンサ１５０と、前段のダイオード整流器１１０と、処理ユニット１００とから構成される。
【００２７】
ＤＣバスコンデンサ１５０は、複数のコンデンサから構成することができ、それゆえ、コンデンサバンクを形成する。
【００２８】
電力変換装置は、三相交流電力１０５を受信し、例えば三相モータである負荷１３０を駆動する。
【００２９】
負荷１３０の各相は、１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃと表記されるそれぞれ１つの電流センサを備える。一変形形態では、負荷１３０の２つの相のみが１つずつ電流センサを備え、負荷の残りの一相の電流は、これらの２つの電流センサによって提供される値から求められる。
【００３０】
電力変換装置は、ＤＣバスコンデンサ１５０の温度を検知する温度センサ１４０を備える。
【００３１】
ＤＣバスコンデンサ１５０は、例えば、単一のＤＣバスコンデンサ又はコンデンサバンクである。
【００３２】
電力変換装置は、電流検出器１４５を備える。電流検出器１４５は、ＤＣバスコンデンサ１５０が放電している場合、すなわち、ダイオード整流器１１０がＤＣバスコンデンサ１５０に電流を供給しない場合、これを検知する。ここで、電流検出器は、ソフトウェアにおいて、すなわちＤＣバス電圧の解析によって実現可能であることに留意されたい。
そのようなＤＣバスコンデンサの放電の例を、図４に示す。
【００３３】
本発明によれば、静電容量値Ｃ及び／又は等化直列抵抗値ＥＳＲがモニタリングされる。
【００３４】
処理ユニット１００は、パルス幅変調方法として空間ベクトル変調を用いて三相インバータ１６０のスイッチングを制御し、ＤＣバスコンデンサ１５０の状態をモニタリングする。三相インバータ１６０は、一連のスイッチＳａｈ、Ｓａｌ、Ｓｂｈ、Ｓｂｌ、Ｓｃｈ及びＳｃｌを介することでＤＣバス電圧を三相交流出力電圧に変換し、三相負荷１３０に接続された三相出力脚部を形成する。
【００３５】
本発明によれば、
基準ベクトル、有効ベクトル持続時間及びヌル電圧ベクトル持続時間が求められ、
求められた持続時間から、サンプリング時点が求められ、
求められたサンプリング時点において、三相を通る電流がサンプリングされ、
求められたサンプリング時点においてサンプリングされた相電流から、コンデンサを通る電流が計算され、
ＤＣバスコンデンサの静電容量値及び／又は等価直列抵抗値が推定され、
静電容量値及び／又は等価直列抵抗値が閾値と比較され、この比較の結果に従って、ＤＣバスコンデンサが寿命に達したか否かが判断される。
【００３６】
図２は、本発明による、ＤＣバスコンデンサ状態モニタリングシステムの処理ユニットのアーキテクチャを表している。
【００３７】
処理ユニット１００は、例えば、バス２０１によってともに接続された構成要素と、図３に開示されるようなプログラムによって制御されるプロセッサ２００とに基づくアーキテクチャを有する。
【００３８】
バス２０１は、プロセッサ２００を、リードオンリーメモリＲＯＭ２０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３、入出力インターフェースＩ／Ｏ  ＩＦ２０５及びアラームインターフェース２０６とリンクさせる。メモリ２０３は、図３に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの変数及び命令を受信するように意図されたレジスタを含む。
【００３９】
プロセッサ２００は、入出力Ｉ／Ｏ  ＩＦ２０５を通じて、検知された温度１４０、センサ１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃによって検知された電流値、ＤＣバスコンデンサ電圧を受信し、三相インバータ１６０にコマンド信号を伝送する。入出力Ｉ／Ｏ  ＩＦは、アナログ対デジタル変換装置を含む。例えばＤＣバス電圧、出力相電流のような種々の信号を取得するためには、高ＤＣバス電圧のスケーリング、例えばアンチエイリアシングフィルタのようなローパスフィルタリングを含むアナログ信号調整も当然含まれる。
【００４０】
プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサ１５０の寿命を検出した時、メンテナンス要求を通知する例えばＬＥＤ又はアラーム信号を送信するようにアラームモジュール２０６に命令する。
【００４１】
リードオンリーメモリ、場合によっては、フラッシュメモリ２０２は、図３に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムの命令を含む。この命令は、処理ユニット１００の電源が投入されると、ランダムアクセスメモリ２０３にロードされる。プログラムは、ＲＯＭ２０２から直接実行することもできる。
【００４２】
処理ユニット１００は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラ等のプログラマブルコンピューティングマシンによって命令する、又はプログラムのセットによって実行するといったソフトウェアにおいて実現することもできるし、マシン、又は、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）若しくはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の専用構成要素のハードウェアにおいて実現することもできる。
【００４３】
換言すれば、処理ユニット１００は、処理ユニット１００に、図３に開示されるようなアルゴリズムに関連したプログラムを実行させる回路部、又は回路部を有する装置を備える。
【００４４】
図３は、本発明による、前段にダイオード整流器を有する三相インバータのＤＣバスコンデンサの状態をモニタリングするアルゴリズムの一例を表している。
【００４５】
開示されている本アルゴリズムは、処理ユニット１００のプロセッサ２００によって実行される一例である。
【００４６】
ステップＳ３１において、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサ電圧が降下しているか否か、すなわち、ダイオード整流器１１０がＤＣバスコンデンサ１５０に電流を供給していないときを検出する。
【００４７】
例えば、プロセッサ２００は、電流検出器１４５によって検知される電流が所定の値未満であるか否かをチェックする。
【００４８】
例えば、電流検出器１４５は、整流器とＤＣバス負極との間に挿入された１ｍΩといった低い値の抵抗器と、その抵抗器における電圧降下と閾値とを比較するコンパレータとから構成される。
ＤＣバスコンデンサ電圧変動の例を、図４に示している。
【００４９】
図４は、ＤＣバスコンデンサの状態がモニタリングされなければならない場合にこれを判定するのに用いられる、前段にダイオード整流器を有する三相インバータの信号を表している。
【００５０】
４０と表記される曲線は、ダイオード整流器の出力電流を表している。
横軸は、時間を表しており、縦軸は、単位がアンペアである電流値を表している。
【００５１】
４１と表記される曲線は、電流検出器１４５の出力におけるブール信号を表している。
横軸は、時間を表しており、縦軸は、論理状態０又は１を表している。
【００５２】
４２と表記される曲線は、ＤＣバスの電圧信号を表している。
４５ａ及び４５ｂと表記される持続時間は、電流検出器１４５によって検知される電流が所定の値未満である、すなわち、ダイオード整流器１１０がＤＣバスコンデンサ１５０に電流を供給しない期間である。これらの期間には、ダイオード整流器は、導通せず、ＤＣバスコンデンサ電流を計算することが可能である。
【００５３】
ダイオード整流器１１０がＤＣバスコンデンサ１５０に電流を供給していない場合、プロセッサ２００は、ステップＳ３２に移行する。供給していた場合、プロセッサ２００は、ステップＳ３１を反復する。
【００５４】
本発明の方法では、更なる外乱を効力することなくパラメータを推定するために、電力変換装置に自然に存在するリプルを用いる。コンデンサ電流の計算を可能にするために、ここでの動作は、ダイオード整流器が導通していないとき、すなわち電流をＤＣバスに供給するのに入力電圧が不十分である度に、ダイオード整流器において規則的に自然に生じるＤＣバスの放電フェーズ中に実行される。回生動作中、すなわち、入力整流器の導通を妨げるようにＤＣバス電圧が増加するときに動作する必要はないが、これはいずれにせよ常に可能というわけではない。これにより、頻繁にコンデンサ電流を計算することが可能になる。回生動作は、負荷１３０がＤＣバスに電流を供給し、ＤＣバスの電圧が上昇し、それにより、ダイオード整流器の導通を阻止することを意味する。これは、インバータ電流、すなわちＤＣバスからインバータ１６０に流れる電流の知識のみを用いて、ＤＣバスコンデンサ内の電流を正確に計算する別の方法である。
【００５５】
ステップＳ３２において、プロセッサ２００は、空間ベクトル変調によって合成された基準ベクトルのセクタを求める。基準ベクトルは、例えばモータの速度及びロータ束等の制御ループをもたらすインバータの標準制御部分によって求められる。本発明において、プロセッサ２００は、全てのスイッチング間隔において実行される電力インバータの標準制御によって求められた情報を得る必要がある。
【００５６】
「有効ベクトル」は、ＤＣバスと負荷１３０との間の電力交換をもたらすスイッチの構成に対応する。
【００５７】
その代わりに、「０（ヌル）電圧ベクトル」中、三相インバータ１６０は、ＤＣバスコンデンサ内の電流に対して影響を及ぼさず、０電圧ベクトルは、オン又はオフのいずれかである全ての上側のスイッチＳａｈ、Ｓｂｈ及びＳｃｈに対応する。
【００５８】
三相電力インバータは、３つの脚部を有するので、８つの異なるベクトルを規定することができ、内６つは、有効ベクトルに対応するとともに、２つは、０電圧ベクトルに対応する。
【００５９】
ベクトル及びセクタの例を、図５に示す。
図５は、三相インバータのパルス幅変調方法として用いられる空間ベクトル変調のベクトル及びセクタの一例を表している。
【００６０】
図５において、有効ベクトルは、５１ａ〜５１ｆと表記され、セクタは、５２ａ〜５２ｆと表記されている。５２ａ〜５２ｆと表記されるセクタは、セクタ１〜セクタ６とも表記される。
【００６１】
空間ベクトル変調（ＳＶＭ）は、パルス幅変調（ＰＷＭ）の制御のためのアルゴリズムである。この方法は、モータ駆動応用の場合、三相ＡＣ駆動モータの可変速度を制御するのに一般に用いられる。この方法の基本的な考え方は、図５において規定されるリファレンシャルにおける回転基準ベクトルの合成である。その回転中、基準ベクトルは、６つのセクタセクタ５２ａ〜５２ｆを連続的に横断する。三相電力インバータは、基準ベクトルの１回転ごとに各出力相電圧の完全低周波数電気期間を生成する。新たな基準ベクトルが、スイッチング間隔ごと、典型的には数ｋＨｚにおいて計算される。２つの連続したベクトル間の角度は、スイッチング周波数と出力電圧の電気期間との間の比に依存する。ヌルベクトル（図示せず）は、円の中心に位置することになる。ヌルベクトルが有効ベクトルと組み合わせて用いられることで、回転ベクトルの振幅が制御される。基準ベクトルが特定のセクタに位置する場合、この基準ベクトルは、セクタを画定する２つの隣接した有効ベクトルの時間線形結合を用いること、及び、ヌルベクトルの結合によって合成される。すなわち、スイッチング間隔中に三相電力インバータによって供給される平均電圧は、このようにして、このスイッチング期間中の幾分かの持続時間の間印加された固定電圧の印加の時間平均から、直接もたらされる。
【００６２】
したがって、基準ベクトルの各合成により、図６Ａ及び図６Ｂに記載するようなインバータの３つの脚部の特定のＰＷＭパターンの生成がもたらされる。異なるゲート信号の有効化の持続時間は、電圧基準ベクトルの合成プロセスから直接もたらされる。
ステップＳ３３において、プロセッサ２００は、有効ベクトル持続時間及び０電圧ベクトル持続時間を求める。
【００６３】
図６Ａは、本発明による、前段にダイオード整流器を有する三相インバータのスイッチングサイクルの前半部分の間のＤＣバスコンデンサ状態を判定するのに用いられる信号及びパラメータの一例を表している。
【００６４】
図６Ａにおいて、６００と表記される曲線は、スイッチＳａｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳａｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳａｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳａｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００６５】
６０１と表記される曲線は、スイッチＳｂｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳｂｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳｂｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳｂｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００６６】
６０２と表記される曲線は、スイッチＳｃｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳｃｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳｃｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳｃｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００６７】
プロセッサ２００は、三相インバータ１６０のスイッチＳａｈの導通状態の、６４４と表記される有効化持続時間ｔｇａを求める。
プロセッサ２００は、三相インバータ１６０のスイッチＳｂｈの導通状態の、６４５と表記される有効化持続時間ｔｇｂを求める。
プロセッサ２００は、三相インバータ１６０のスイッチＳｃｈの導通状態の、６４６と表記される持続時間ｔｇｃを求める。
【００６８】
ｔｇａ、ｔｇｂ及びｔｇｃから、プロセッサ２００は、第１の０電圧ベクトルの持続時間に対応する持続時間６４７、第１の有効ベクトルの持続時間に対応する、６４２と表記される持続時間ΔＴ１、第２の有効ベクトルの持続時間に対応する、６４３と表記される持続時間ΔＴ２、及び、第２の０電圧ベクトルの持続時間に対応する持続時間６４８を求める。
【００６９】
ステップＳ３４において、プロセッサ２００は、持続時間ｔｇａ、ｔｇｂ及びｔｇｃの中から、最長持続時間ｔＭａｘ及び最短持続時間ｔＭｉｎを求める。中間持続時間は、ｔＭｉｄと表記される。したがって、図６Ａに図示される例について、ｔＭａｘは、６４４と表記される持続時間であり、一方、ｔＭｉｎは、６４６と表記される持続時間であり、最後に、ｔＭｉｄは、６４５と表記される持続時間である。
【００７０】
図６Ｂは、本発明による、前段にダイオード整流器を有する三相インバータのスイッチングサイクルの後半部分の間のＤＣバスコンデンサ状態を判定するのに用いられる信号及びパラメータの一例である。
【００７１】
図６Ｂにおいて、６００と表記される曲線は、スイッチＳａｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳａｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳａｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳａｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００７２】
６０１と表記される曲線は、スイッチＳｂｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳｂｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳｂｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳｂｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００７３】
６０２と表記される曲線は、スイッチＳｃｈに印加される信号を表している。高レベルは、スイッチＳｃｈの導通状態に対応する。ここで、スイッチＳｃｌに印加される信号は、スイッチング間のデッドタイムを無視できるものとみなし、スイッチＳｃｈに印加される信号の逆信号であることに留意されたい。
【００７４】
６９４と表記される持続時間ｔｇａは、三相インバータ１６０のスイッチＳａｈの導通状態の持続時間であり、６９５と表記される持続時間ｔｇｂは、三相インバータ１６０のスイッチＳｂｈの導通状態の持続時間であり、６９６と表記される持続時間ｔｇｃは、三相インバータ１６０のスイッチＳｃｈの導通状態の持続時間である。
【００７５】
６９３と表記される持続時間ΔＴ２は、第２の有効ベクトルの持続時間に対応し、６９２と表記される持続時間ΔＴ１は、第１の有効ベクトルの持続時間に対応し、持続時間６９７は、第１の０電圧ベクトルの持続時間に対応し、持続時間６９８は、第２の０電圧ベクトルの持続時間に対応する。
【００７６】
ステップＳ３４において、プロセッサ２００は、持続時間ｔｇａ、ｔｇｂ及びｔｇｃの中から、最長持続時間ｔＭａｘ及び最短持続時間ｔＭｉｎを求める。中間持続時間は、ｔＭｉｄと表記される。したがって、図６Ｂに図示される例について、ｔＭａｘは、６９４と表記される持続時間であり、一方、ｔＭｉｎは、６９６と表記される持続時間であり、最後に、ｔＭｉｄは、６９５と表記される持続時間である。
【００７７】
ステップＳ３５において、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサ１５０の電圧のサンプリング時点と、電流センサ１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃによって検知される電流のサンプリング時点とを求める。
【００７８】
図６Ａを参照すると、サンプリング時点６１１及び６１２は、それぞれ適用されるベクトルの持続時間の中点におけるものとして求められる。（６１０と表記されるスイッチングサイクルの開始点に対する）サンプリング時点は、例えば以下のような単純な算術によって求めることができる。
【数１】
0006896153.tif 000002
ここで、Ｔｓｗ＿ｄｉｖ２は、スイッチングサイクルの半分の持続時間である。
サンプリング時点６１０は、スイッチングサイクルの前半部分の開始点として求められる。
サンプリング時点６１３は、スイッチング間隔の後半部分の開始点（スイッチング間隔の中点）として求められる。
【００７９】
サンプリング時点６１０及び６１３は、０電圧ベクトル中のサンプリングに対応し、これらのサンプリング時点は、インバータの標準制御のための「通常の」サンプリング位置であることに留意されたい。
時点６１４は、第１の有効ベクトルと第２の有効ベクトルとの間の境目として求められる。
【００８０】
図６Ｂを参照すると、サンプリング時点６５３は、スイッチング間隔の後半部分の開始点、すなわち、電流スイッチング間隔の中点として求められる。
【００８１】
サンプリング時点６５０は、次のスイッチング間隔の開始点でもある、スイッチング間隔の後半部分の終了点として求められる。
【００８２】
時点６５４は、第１の有効ベクトルと第２の有効ベクトルとの間の境目として求められる。
【００８３】
サンプリング時点６５１及び６５２は、適用されるベクトルの持続時間の中点として求められる。これらの時点は、以下のような単純な算術を用いて、６５３と表記されるスイッチングサイクルの中点を基準に計算することができる。
【数２】
0006896153.tif 000003
その代わりに、これらのサンプリング時点は、スイッチングサイクルの中点に関するスイッチングサイクルの対称性を考慮して、図６Ａにおけるスイッチング間隔の前半部分のサンプリング位置である時点６１１及び６１２を計算するときにスイッチング期間ごとに一度だけで（スイッチング期間の開始時に）求めることができる。
【００８４】
６７５と表記される曲線は、内部コンデンサ電圧（Ｖｃ）を表している。６７０、６７１、６７３及び６７４と表記されるいくつかの特定のサンプリング点において測定されるＤＣバス電圧コンデンサを用いてこの電圧を計算することができる。
【００８５】
６７２と表記される点は、計算された内部コンデンサ電圧（Ｖｃ）に対応する。
６８５と表記される曲線は、ＤＣバスコンデンサ１５０を通る電流を表している。この電流は、測定されず、代わりに、６８０及び６８１と表記される点において計算される。
【００８６】
ステップＳ３６において、プロセッサ２００は、スイッチングサイクルの半分ごとに、ＤＣバスコンデンサ１５０の電圧の求められたサンプリング時点におけるサンプルと、電流センサ１３５ａ〜１３５ｃによって供給される相電流の値とを取得する。
【００８７】
ここで、相電流を得るために２つのみの電流センサ１３５を用いることができることに留意されたい。３つ目の相電流は、これらの２つの電流センサ値から導出することができる。
【００８８】
図６Ａで６２５と表記される曲線は、内部ＤＣバスコンデンサ電圧（Ｖｃ）を表している。６２０、６２１、６２３及び６２４と表記されるいくつかの特定のサンプリング点において測定されるＤＣバス電圧コンデンサを用いてこの電圧を計算することができる。６２２と表記される点は、計算された内部コンデンサ電圧（Ｖｃ）に対応する。
【００８９】
図６Ａで６３５と表記される曲線は、ＤＣバスコンデンサ１５０を通る電流を表している。この電流は、測定されず、代わりに、６３０及び６３１と表記される点において計算される。
【００９０】
図６Ｂで６７５と表記される曲線は、内部ＤＣバスコンデンサ電圧（Ｖｃ）を表している。６７０、６７１、６７３及び６７４と表記されるいくつかの特定のサンプリング点において測定されるＤＣバス電圧コンデンサを用いてこの電圧を計算することができる。６７２と表記される点は、計算された内部コンデンサ電圧（Ｖｃ）に対応する。
【００９１】
ステップＳ３６において、プロセッサ２００は、スイッチングサンプルの半分ごとに、ＤＣバスコンデンサ１５０の電圧の求められたサンプリング時点におけるサンプルと、電流センサ１３５ａ〜１３５ｃによって供給される相電流の値とを取得する。
【００９２】
ここで、相電流を得るために２つのみの電流センサ１３５を用いることができることに留意されたい。３つ目の相電流は、これらの２つの電流センサ値から導出することができる。
【００９３】
ステップＳ３７において、プロセッサ２００は、第１の有効ベクトルが適用されるとき、図６Ａでは６３０と表記されるとともに、図６Ｂでは６８０と表記される電流Ｉａｖｇ１を求め、第２の有効ベクトルが適用されるとき、図６Ａでは６３１と表記されるとともに、図６Ｂでは６８１と表記される電流Ｉａｖｇ２を求める。
【００９４】
図７は、基準ベクトルが位置するセクタに応じた有効ベクトル中のＤＣバスコンデンサ電流の計算の一例を表している。
【００９５】
図７において、Ｉａｖｇ１及びＩａｖｇ２を求める計算定式は、１〜６と表記される６つのセクタのうちの１つのセクタ内の基準ベクトルの位置に応じて求められる。セクタ１〜６は、それぞれ図５において５２ａ〜５２ｆと表記されるセクタに対応する。
Ｉｓ１＿Ｃ、Ｉｓ２＿Ｃ及びＩｓ３＿Ｃは、それぞれ、第１の有効ベクトルの中点においてサンプリングされる、センサ１３５ａ、１３５ｂ及び１３５ｃによって測定される相電流を指定し、Ｉｓ１＿Ｄ、Ｉｓ２＿Ｄ及びＩｓ３＿Ｄは、それぞれ、第２の有効ベクトルの中点においてサンプリングされる、相電流を指定する。例えば、基準ベクトルが、図５において５２ａとして参照されたセクタ１に位置する場合、Ｉａｖｇ１＝Ｉｓ１＿Ｃ及びＩａｖｇ２＝Ｉｓ１＿Ｄ＋Ｉｓ２＿Ｄである。
【００９６】
同じステップＳ３７において、プロセッサ２００は、図６Ａにおける時点６１５と６１４との間、又は図６Ｂにおける時点６５４と６５５との間の内部コンデンサ電圧の、図６Ａにおいて６４０と表記され、又は図６Ｂにおいて６９０と表記される電圧差ΔＶＣ１を求め、図６Ａにおける時点６１４と６１６との間、又は図６Ｂにおける時点６５６と６５４との間のＤＣバスコンデンサ電圧の、図６Ａにおいて６４１と表記され、又は図６Ｂにおいて６９１と表記される電圧差ΔＶＣ２を求める。
【００９７】
同じステップにおいて、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサの温度を得る。
【００９８】
ステップＳ３８において、プロセッサ２００は、以下の定式に従って、ＤＣバスコンデンサ１５０の静電容量値を推定する。
【数３】
0006896153.tif 000004
ここで、電圧Ｖｃ（ｎ−１）は、図６Ａにおける点６２０又は図６Ｂにおける点６７４の電圧であり、Ｖｃ（ｎ）は、図６Ａにおける点６２４又は図６Ｂにおける点６７０の電圧である。
【００９９】
ＤＣバスコンデンサ１５０の静電容量値は、例えば、各スイッチングサイクルの各半分において求められる。
【０１００】
ステップＳ３９において、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサ１５０の等価直列抵抗値を推定する。
【０１０１】
等価直列抵抗値は、以下の定式を用いて第１の有効ベクトルのスイッチングサイクルの前半部分の間に求められる。
【数４】
0006896153.tif 000005
ここで、Ｖｃａｐ＿Ｃは、時点６１１（図６Ａ）においてサンプリングされるコンデンサ電圧である。
【０１０２】
等価直列抵抗値は、以下の定式を用いて第２の有効ベクトルのスイッチングサイクルの前半部分の間に求められる。
【数５】
0006896153.tif 000006
ここで、Ｖｃａｐ＿Ｄは、時点６１２（図６Ａ）においてサンプリングされるコンデンサ電圧である。
【０１０３】
等価直列抵抗値は、以下の定式を用いて第１の有効ベクトルのスイッチングサイクルの後半部分の間に求められる。
【数６】
0006896153.tif 000007
ここで、Ｖｃａｐ＿Ｃは、時点６５１（図６Ｂ）においてサンプリングされるコンデンサ電圧である。
【０１０４】
等価直列抵抗値は、以下の定式を用いて第２の有効ベクトルのスイッチングサイクルの後半部分の間に求められる。
【数７】
0006896153.tif 000008
ここで、Ｖｃａｐ＿Ｄは、時点６５２（図６Ｂ）においてサンプリングされるコンデンサ電圧である。
【０１０５】
等価直列抵抗値の推定は、どの時点でも実行することができるというわけではなく、典型的には有効ベクトルがその中点において正しいサンプリングを可能にするには短過ぎる場合、実行することができない。これは、基準ベクトルが或るセクタから別のセクタに移行するときに生じる。種々の解法、とりわけ、単に、最も広い有効ベクトル（ＥＳＲ１又はＥＳＲ２のいずれか）のＥＳＲ値を考慮して他のものは無視するか、又はその代わりに、ＥＳＲの非常に正確な推定を得るのにスイッチング間隔の半分の中点においてサンプリングを実行する（ＥＳＲｍｉｄ）ことが可能である。
【数８】
0006896153.tif 000009
ここで、Ｖｃａｐｍｉｄは、スイッチング間隔の半分の中点においてサンプリングされるコンデンサ電圧に対応し、Ｉｃｍｉｄは、いずれの有効ベクトルが最も広いのかに応じてＩａｖｇ１又はＩａｖｇ２に極めて等価である、スイッチング間隔の半分の中点において計算される平均コンデンサ電流に対応し、Ｖｃｍｉｄは、スイッチング間隔の半分の中点における計算される内部コンデンサ電圧である。Ｖｃｍｉｄは、Ｖｃの２つの連続した測定値、すなわち、Ｖｃ（ｎ）とＶｃ（ｎ−１）との間の補間である。
【０１０６】
ＥＳＲの正確さ及びＣの正確さは、（雑音、量子化誤差、不完全なサンプリング時間等に起因した）ＨＦリプルの小さな残留（residue）を除去するために連続結果を平均化するか又はいくつかのローパスフィルタリングを実行することによって更に高めることができる。したがって、このフィルタリングスキームの単純性にもかかわらず、得られる推定は、更により正確である。種々のフィルタリングスキームは、当然適用することができ、これらのパラメータが低速に変化することによって容易にすることができ、したがって、これらを正確に求めるために多くの連続した推定を考慮することが容易である。
【０１０７】
次のステップＳ４０において、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサが寿命に達したか否かをチェックする。寿命の基準は、その経年劣化の限界に達したＤＣバスコンデンサ１５０のＥＳＲ又は静電容量Ｃのいずれかの推定値である。経年劣化の限界は、ＥＳＲの推定値が、測定された温度Ｔにおける寿命のＥＳＲ値よりも高い場合、又は、推定された静電容量Ｃが、測定された温度Ｔにおける寿命の静電容量値よりも低い場合のいずれかにおいて、到達する。経年劣化の限界に達した場合、プロセッサ２００は、メンテナンスが必要であることを示すようにアラームを起動するステップＳ４１に移行する。
【０１０８】
寿命のＥＳＲ又は静電容量Ｃは、初期起動の後、又はメンテナンス動作の後に実行される初期自己較正手順に従って求められる。
【０１０９】
例えば数時間から数週間まで選択可能である較正期間中、異なる安定した動作温度Ｔごとに、プロセッサ２００は、モニタリングされたパラメータの予測寿命のＥＳＲ値又は静電容量Ｃ値を、健全な測定された値ＥＳＲｉｎｉ（Ｔ）又はＣｉｎｉ（Ｔ）の関数として記録する。予測される経年劣化の限界は、経年劣化基準、すなわち、製造者によって固定される経年劣化基準（例えば、ＥＳＲａｇｅｄ（Ｔ）＝２×ＥＳＲｉｎｉ（Ｔ）若しくはＣａｇｅｄ（Ｔ）＝０．８×Ｃｉｎi（Ｔ））、又は場合によっては、経年劣化基準を精緻化するための同じコンデンサタイプにおいて事前に特徴付けられたデータに基づくより正確な限界のいずれかを用いて計算される。
【０１１０】
自己較正期間の最後において、不揮発性メモリに記憶された、較正中に遭遇する温度の範囲を包含する異なる寿命のＥＳＲ値又は静電容量Ｃ値の表が利用可能であり、これにより、未来の経年劣化試験が可能になる。この手順は、変換装置の通常動作中に実行され、外乱をもたらすことはない。
【０１１１】
寿命の基準が真である場合、プロセッサ２００は、ＤＣバスコンデンサ１５０がその寿命に達しており、メンテナンス手順が必要であることを示すアラーム信号の伝送をステップＳ４１においてコマンドする。
【０１１２】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上記で説明した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【図１】
0006896153.tif 000012
【図２】
0006896153.tif 000013
【図３】
0006896153.tif 000014
【図４】
0006896153.tif 000015
【図５】
0006896153.tif 000016
【図６Ａ】
0006896153.tif 000017
【図６Ｂ】
0006896153.tif 000018
【図７】
0006896153.tif 000019