(57)【要約】【課題】低いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータを使用して高応答出力を得る。【解決手段】交流モータＭｏｔｏｒのＵ、Ｖ、Ｗ相に電圧を印加する各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の出力端をそれぞれを直列多重接続し、セルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の交流電源は共通の入力トランスＴＲの各二次巻線から取り込み、交流モータＭｏｔｏｒに可変速駆動の交流電流を供給する。  同じアームの各セルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３は互いにキャリア周波数の位相をずらすことで等価的に高いキャリア周波数のＰＷＭインバータ出力（高応答制御）を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータを可変速駆動するＰＷＭインバータ装置であって、
交流モータに可変速駆動の交流電流を供給するＵ、Ｖ、Ｗ相の各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットの出力端をそれぞれ直列多重接続し、同じ相の各セルユニットは互いにＰＷＭキャリア信号の位相をずらしてＰＷＭ電圧出力を得、高キャリアを実現できる構成としたことを特徴とする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、交流モータを可変速駆動するＰＷＭインバータ装置に係り、特に交流モータのトルク制御または速度制御に高応答を得る装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭインバータ装置は、例えば、ダイナモメータ用交流モータの回転速度や出力トルクをＰＷＭ制御し、供試車両の走行抵抗試験やエンジンの出力トルク試験を可能にする。
【０００３】
このような装置において、モータの高速可変速運転やモータと機械系との共振動作を再現する場合などには、インバータ装置の高応答制御が要求される。ＰＷＭインバータ装置に高い応答を得る手法として、速度指令に応じた周波数の正弦波信号と比較する三角波キャリア信号の周波数を高くするものがある。さらに、キャリア周波数を高めることで高応答制御に加えて電磁騒音を抑制する手法、さらには負荷状態に応じてキャリア周波数を切り替える手法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２１７７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、回生コンバータ付き２レベルインバータの主回路構成を示す。このＰＷＭインバータ装置において、キャリア周波数の上限は、主回路スイッチング素子になるＩＧＢＴのスイッチングロスやスイッチング速度、さらに出力電圧精度を考慮して８〜１５ｋＨｚ程度が限界であり、このキャリア周波数の上限が電流制御応答の上限にもなってしまう。
【０００５】
このため、ダイナモ用インバータのように高い周波数（回転数）で加振制御を行いたい場合には、キャリア周波数の上限により仕様を満足できなくなってきている。
【０００６】
本発明の目的は、低いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータを使用して高応答出力を得ることができるＰＷＭインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記の課題を解決するため、低いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータのセルユニットを直列多重接続した相構成とし、同じ相の各セルユニットはキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のＰＷＭインバータ出力が得られるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【０００８】
（１）交流モータを可変速駆動するＰＷＭインバータ装置であって、
交流モータに可変速駆動の交流電流を供給するＵ、Ｖ、Ｗ相の各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットの出力端をそれぞれ直列多重接続し、同じ相の各セルユニットは互いにＰＷＭキャリア信号の位相をずらしてＰＷＭ電圧出力を得、高キャリアを実現できる構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のとおり、本発明によれば、低いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータのセルユニットを直列多重接続した相構成とし、同じ相の各セルユニットはキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のＰＷＭインバータ出力が得られるようにしたため、低いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータを使用して高応答出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態を示すＰＷＭインバータ装置の構成図であり、（ａ）には全体構成を、（ｂ）にはセルユニットの構成を示す。
【００１１】
図１において、交流モータＭｏｔｏｒのＵ、Ｖ、Ｗ相に電圧を印加する各相アームは、インバータ単体構成のセルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の出力端をそれぞれを直列多重接続し、セルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の交流電源は共通の入力トランスＴＲの各二次巻線から取り込み、交流モータＭｏｔｏｒに可変速駆動の交流電流を供給する。
【００１２】
この直列多重インバータ構成において、本実施形態では、同じアームの各セルユニットＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３は互いにキャリア周波数の位相をずらすことで等価的に高いキャリア周波数のＰＷＭインバータ出力（高応答制御）を得るものである。
【００１３】
図１の３相直列多重ＰＷＭインバータ装置の構成は、同じアームのセルユニットではキャリア信号の位相を同じとすることで、高電圧出力を得ることができる。さらに、キャリアの位相制御で、各ユニット間、相間、相内で均等なスイッチングを得ることができる（例えば、特開２００５−２７８２６６を参照）。
【００１４】
この点、本実施形態ではキャリア信号を互いに異なる位相とすることで、等価的に高いキャリア周波数のＰＷＭインバータ出力を得る。
【００１５】
図２は、２レベルインバータのキャリアと出力電圧の関係を示す。ＰＷＭインバータの電圧指令とキャリア信号との大小比較によりＰＷＭインバータのゲート信号（出力相電圧）が生成され、このオン期間がＰＷＭ出力電圧波形になる。
【００１６】
図３は、本実施形態による３直列多重方式のキャリアと出力電圧の関係を示す。同図は、各相の出力キャリアＣ１〜Ｃ３は、互いに６０度の位相差を持たせることで、Ｕ相のセルユニットＵ１〜Ｕ３を合わせた出力相電圧には１つのセルユニットのキャリア周波数×段数のＰＷＭ波形を得、出力電圧の更新タイミングが２レベルインバータの３倍になる。
【００１７】
例えば、６９０Ｖ系のインバータを構成する場合、セルユニットの直流電圧を２００Ｖ程度にし、３段構成にすることで６９０Ｖ出力インバータとすることができ、各セルのキャリア周波数を８ｋＨｚにすると、８ｋＨｚ×３＝２４ｋＨｚの最終キャリア周波数となる。
【００１８】
したがって、本実施形態によれば、直列多重接続段数を多くするほど等価的に高いキャリア周波数にしたＰＷＭインバータ装置が実現され、高応答制御ができる。しかも、高いキャリア周波数化により、以下の作用効果もある。
【００１９】
（ａ）出力のＰＷＭリップルが減少するため、ダイナモメータやエレベータのようなＰＷＭリップルによるトルクリップルを小さくしたい用途に対し、有効である。
【００２０】
（ｂ）直列多重方式にすることで、キャリア周波数で決まるスイッチング損失を分散することができ、大容量化が容易となる。
【００２１】
（ｃ）高いキャリア周波数化することで、高回転まで制御が可能となる。従来、高回転での制御を実現するためには、ＰＷＭと出力周波数を同期させる同期ＰＷＭ方式を採用する必要があったが、高いキャリア周波数化することで、非同期ＰＷＭ方式でも高回転での制御が可能となる。
【００２２】
なお、実施形態では３相直列３多重ＰＷＭインバータ装置の場合を示すが、６相直列３多重ＰＷＭインバータ装置など、多相直列多重ＰＷＭインバータ装置に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【００２３】
また、キャリア周波数は、固定の場合で説明するが、負荷に応じてキャリア周波数を切替えまたは連続的に変化させることで、スイッチング損失の軽減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を示すＰＷＭインバータ装置の構成図。
【図２】２レベルインバータのキャリアと出力電圧の関係図。
【図３】３直列多重方式のキャリアと出力電圧の関係図。
【図４】回生コンバータ付き２レベルインバータの主回路構成図。
【符号の説明】
【００２５】
Ｍｏｔｏｒ  交流モータ
Ｕ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３  セルユニット
ＴＲ  入力トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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