(57)【要約】  アクティブフィルタ装置において、負荷装置から発生する高調波電流を抑制するための補償電流を生成するパワーモジュールと、パワーモジュールを制御する制御部と、を備え、制御部は、高調波電流を抑制するための補償電流指令を算出する電流指令算出部と、補償電流指令と実際の補償電流との偏差に基づき制御量を算出する制御量算出部と、制御量に基づき、三相のデューティを算出するデューティ算出部と、三相のデューティに対し、二相変調を行うデューティ変調部と、二相変調後の三相のデューティから、パワーモジュールを駆動する制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える構成とした。
2020202467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷装置から発生する高調波電流を抑制するための補償電流を生成するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記高調波電流を抑制するための補償電流指令を算出する電流指令算出部と、
前記補償電流指令と実際の補償電流との偏差に基づき制御量を算出する制御量算出部と、
前記制御量に基づき、三相のデューティを算出するデューティ算出部と、
前記三相のデューティに対し、二相変調を行うデューティ変調部と、
前記二相変調後の前記三相のデューティから、前記パワーモジュールを駆動する制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備えるアクティブフィルタ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記パワーモジュールの制御周波数と電源電圧の周波数とから、前記電源電圧の位相角に対応するアドレスを算出するアドレス算出部をさらに備え、
前記デューティ変調部は、
前記三相のうち固定させる相と、前記固定させる相の動作状態と、に応じて異なる複数のモードの何れかを、前記アドレスごとに決定するモード決定部と、
前記モード決定部によって決定された前記モードに応じて、前記アドレスごとに前記デューティを修正するデューティ修正部と、を有する請求項１に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項３】
前記モード決定部は、前記アドレスに応じて前記モードを決定する請求項２に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項４】
前記モード決定部は、前記アドレスと、前記モードとを対応付けた表に基づき、前記モードを決定する請求項３に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項５】
前記モード決定部は、前記電源電圧または前記デューティに応じて前記モードを決定する請求項２に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項６】
前記モード決定部は、前記電源電圧の最も大きい要素、または前記デューティの最も大きい要素に応じて前記モードを決定する請求項５に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項７】
前記モード決定部は、前記三相のうち電流が大きい相の常時ＯＮ期間または常時ＯＦＦ期間が、電流が小さい相の常時ＯＮ期間または常時ＯＦＦ期間よりも長くなるよう前記モードを決定する請求項２〜６の何れか一項に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項８】
前記モード決定部は、前記高調波電流の補償動作中は前記モードの決定方法を変更しない請求項２〜７の何れか一項に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項９】
前記制御量算出部は、繰り返し制御部を含むものであり、
前記繰り返し制御部は、前記アドレスごとに、前記補償電流指令と実際の補償電流との偏差を積分する複数の積分器を有し、前記複数の積分器による積分値に基づき前記制御量を算出する請求項２〜８の何れか一項に記載のアクティブフィルタ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載のアクティブフィルタ装置と、
前記負荷装置であるインバータ装置と、
前記インバータ装置により駆動される圧縮機と、
を備える空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波発生負荷から発生する高調波電流を抑制するアクティブフィルタ装置および該アクティブフィルタ装置を備える空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源に接続された高調波発生負荷から発生する高調波電流を抑制するために、高調波発生負荷と並列にアクティブフィルタ装置を接続することが知られている。また、特許文献１には、アクティブフィルタ装置の高調波抑制能力を向上させるために、比例、積分、微分制御などの通常のフィードバック制御に加え、繰り返し制御を採用することが提案されている。繰り返し制御では、高調波電流が電源周波数に対応する周期特性を有することに着目し、補償電流指令と実際の補償電流との偏差を電源の位相角ごとに積分し、その結果に基づきアクティブフィルタ装置が制御される。繰り返し制御により、ディジタル制御で発生する無駄時間による遅延の影響を軽減し、高調波抑制能力を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアクティブフィルタ装置において、電圧非飽和状態から電圧飽和状態または電圧飽和状態から電圧非飽和状態に切り替わったとき、デッドタイムの有無が切り替わり、アクティブフィルタ装置の出力電圧が大きく変化してしまう。繰り返し制御では、電源周期の各位相角に１回ずつしかフィードバックしないため、制御応答は遅くなる。そのため、電圧飽和状態の切り替わりにおける出力電圧の変化に対応できず、補償電流が大きく歪んでしまうという問題があった。補償電流の歪みを抑制するための対策として、アクティブフィルタ装置のＤＣ電圧を高く制御し、飽和させないように動作させること、および電源電圧または高調波発生負荷の異常時においても電圧飽和させないようリミッタを設けること、などが考えられる。【０００５】
アクティブフィルタ装置では、パワーモジュールにおける全てのスイッチング素子をキャリア周期でスイッチングするため、スイッチングによる損失が増大する。そのため、パワーモジュールの低損失化が望まれている。しかしながら、上記のように補償電流の歪みを抑制するためＤＣ電圧を高く制御させること、またはリミッタを設けることにより、パワーモジュールの損失の増加を招き、アクティブフィルタ装置における低損失化の障害となっていた。【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するものであり、高調波電流の抑制性能を維持しつつ、低損失化を実現するアクティブフィルタ装置および空気調和機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】
本発明のアクティブフィルタ装置は、負荷装置から発生する高調波電流を抑制するための補償電流を生成するパワーモジュールと、パワーモジュールを制御する制御部と、を備え、制御部は、高調波電流を抑制するための補償電流指令を算出する電流指令算出部と、補償電流指令と実際の補償電流との偏差に基づき制御量を算出する制御量算出部と、制御量に基づき、三相のデューティを算出するデューティ算出部と、三相のデューティに対し、二相変調を行うデューティ変調部と、二相変調後の三相のデューティから、パワーモジュールを駆動する制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、デューティ変調部によりデューティに対する二相変調を行うことにより、スイッチング回数の低減およびＤＣ電圧の低減を実現でき、高調波電流の抑制性能を維持しつつ、アクティブフィルタ装置の低損失化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１におけるアクティブフィルタ装置を備える空気調和機の概略構成図である。
【図２】実施の形態１におけるアクティブフィルタ制御部のブロック図である。
【図３】実施の形態１におけるアドレス算出部のブロック図である。
【図４】実施の形態１における電流指令算出部のブロック図である。
【図５】実施の形態１における繰り返し制御部のブロック図である。
【図６】実施の形態１におけるデューティ変調部のブロック図である。
【図７】実施の形態１のモード決定部によるモードの決定方法の例を示す表である。
【図８】実施の形態１のデューティ修正部によるデューティの修正方法の例を示す表である。
【図９】実施の形態１のアクティブフィルタ装置における動作波形の一例である。
【図１０】比較例のアクティブフィルタ装置における動作波形の一例である。
【図１１】従来技術のアクティブフィルタ装置における動作波形の一例である。
【図１２】実施の形態２のモード決定部によるモードの決定方法の例を示す表である。
【図１３】実施の形態２のアクティブフィルタ装置における動作波形の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるアクティブフィルタ装置４を備える空気調和機１００の概略構成図である。本実施の形態のアクティブフィルタ装置４は、空気調和機１００のインバータ装置２において発生する高調波電流を抑制するものである。空気調和機１００は、三相電源１と、圧縮機３と、圧縮機３を駆動するインバータ装置２と、アクティブフィルタ装置４と、から構成される。図１に示すように、アクティブフィルタ装置４は、三相電源１に対して、負荷装置であるインバータ装置２と並列に接続される。
【００１１】
アクティブフィルタ装置４は、リアクトルとコンデンサから構成されるフィルタ回路５と、制御リアクトル６と、パワーモジュール７と、コンデンサ８と、アクティブフィルタ制御部９とから構成される。
【００１２】
パワーモジュール７は、三相インバータで用いられる、６つの素子を備えるパワーモジュールである。パワーモジュール７の各素子は、スイッチング素子と逆並列に接続した還流ダイオードから構成される。本実施の形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられるが、ＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、半導体はＳｉ（シリコン）を用いるのが一般的であるが、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）またはＧａＮ（ガリウムナイトライド）を用いてもよい。
【００１３】
また、アクティブフィルタ装置４は、４つの電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄと、２つの電圧センサ１１ａおよび１１ｂとを備える。電流センサ１０ａはインバータ装置２のＲ相の負荷電流ｉＬｒを検出し、電流センサ１０ｂはインバータ装置２のＴ相の負荷電流ｉＬｔを検出する。電流センサ１０ｃは制御リアクトル６に流れるＲ相の補償電流ｉＡｒを検出し、電流センサ１０ｄは制御リアクトル６に流れるＴ相の補償電流ｉＡｔを検出する。本実施の形態では、Ｒ相とＴ相の電流を電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄによって検出する構成としたが、Ｒ相とＳ相、またはＳ相とＴ相の電流を電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄによって検出する構成としてもよい。電圧センサ１１ａはアクティブフィルタ装置４に入力されるＲ−Ｓ間の電源電圧Ｖｒｓを検出し、電圧センサ１１ｂはコンデンサ８のＤＣ電圧ｖｄｃを検出する。電圧センサ１１ａはＲ−Ｓ間の電圧を検出する構成としたが、Ｒ−Ｔ間またはＳ−Ｔ間の電圧を検出する構成としてもよい。
【００１４】
電流センサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄと、電圧センサ１１ａおよび１１ｂの検出結果は、アクティブフィルタ制御部９に入力される。アクティブフィルタ制御部９は、パワーモジュール７に対し６つの制御信号Ｓｒｐ、Ｓｒｎ、Ｓｓｐ、Ｓｓｎ、Ｓｔｐ、Ｓｔｎを出力する。これらの制御信号によってパワーモジュール７が適切に動作することで、空気調和機１００のインバータ装置２において発生する高調波電流を抑制することができる。
【００１５】
次にアクティブフィルタ制御部９について説明する。図２は、実施の形態１におけるアクティブフィルタ制御部９のブロック図である。アクティブフィルタ制御部９は、アドレス算出部２１と、電流指令算出部２２と、複数のＰＩＤ制御部２４と、複数の繰り返し制御部２５と、電源電圧算出部２７と、デューティ算出部２８と、デューティ変調部２９と、制御信号生成部３０と、を備える。アクティブフィルタ制御部９は、さらに、複数の減算器２３と、複数の加算器２６とを備える。
【００１６】
アクティブフィルタ制御部９はマイクロコンピュータまたはプロセッサと、各部の動作を実現させるためのソフトウエアが格納されたメモリとから構成される。または、アクティブフィルタ制御部９を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などを用いた専用のハードウェアで構成し、各部を個別のハードウェアまたは一つのハードウェアで実現してもよい。
【００１７】
図３は、実施の形態１におけるアドレス算出部２１のブロック図である。アドレス算出部２１は、アクティブフィルタ装置４に入力される電源電圧Ｖｒｓの位相角に対応するアドレスを算出する。具体的には、アドレス算出部２１は、ゼロクロス検出部２１１と、カウンター２１２と、加算器２１３とを有する。ゼロクロス検出部２１１は、電源電圧Ｖｒｓが負から正に切り替わる瞬間（すなわちゼロクロス）を検出し、カウンター２１２にリセット信号を出力する。カウンター２１２は、制御周期ごとに１カウントずつカウントアップし、ゼロクロス検出部２１１からリセット信号を受信したタイミングで、カウントを０にリセットする。カウンター２１２は、カウントを入力アドレスＮｉｎとして出力する。
【００１８】
アドレスの数について説明する。例えばパワーモジュール７の制御周波数が１５ｋＨｚ、電源周波数が６０Ｈｚとした場合、１５０００／６０＝２５０となり、電源電圧Ｖｒｓの一周期あたりＮ＝２５０個アドレスが出力される。アドレスは、電源電圧Ｖｒｓの位相角に対応し、上記例の場合、１アドレスあたり１．４４ｄｅｇ（３６０ｄｅｇ／２５０）の位相角となる。制御周波数を電源周波数で割ったときに割り切れない場合、またはゼロクロスのタイミングがずれた場合は、アドレスの数Ｎは増減する。
【００１９】
加算器２１３は、カウンター２１２から出力される入力アドレスＮｉｎに２を加算し、出力アドレスＮｏｕｔとして出力する。出力アドレスＮｏｕｔを入力アドレスＮｉｎと異ならせる理由は以下の通りである。アクティブフィルタ制御部９にマイクロコンピュータが用いられる場合、演算の無駄時間による制御遅れが発生する。そのため、入力アドレスＮｉｎと出力アドレスＮｏｕｔと同じにすると、制御のタイミングがずれてしまう。そこで、出力アドレスＮｏｕｔを入力アドレスＮｉｎと比較して２つだけ進めることで、タイミングのずれを抑制している。なお。本実施の形態ではゼロクロス検出部２１１とカウンター２１２によって位相角に対応するアドレスを算出したが、別手法としてＰＬＬ（Phase Lock Loop）を用いてアドレスを求めてもよい。
【００２０】
次に電流指令算出部２２について説明する。図４は、実施の形態１における電流指令算出部２２のブロック図である。電流指令算出部２２は、アドレスごとに高調波電流を抑制し、電源電流を正弦波にするための、補償電流指令ｉ*Ａｒおよびｉ*Ａｔを算出する。電流指令算出部２２は、複数の電源電流指令算出部２２１と、複数の減算器２２２と、ＰＩＤ制御部２２３と、有効電流算出部２２４と、複数の加算器２２５とを備える。電源電流指令算出部２２１は、Ｒ相とＴ相とにそれぞれ１つずつ、計２つ設けられるが、以下ではＲ相の成分を例にとって説明する。
【００２１】
電源電流指令算出部２２１は、理想的な正弦波電流指令ｉ*Ｓｒを算出する。具体的には、電源電流指令算出部２２１は、負荷電流ｉＬｒのフーリエ級数展開によって基本波成分を抽出することで、正弦波電流指令ｉ*Ｓｒを算出する。そして、減算器２２２によって、正弦波電流指令ｉ*Ｓｒから負荷電流ｉＬｒを減算することで、高調波電流を抑制するための補償電流指令が算出される。
【００２２】
しかしながら、正弦波電流指令ｉ*Ｓｒから負荷電流ｉＬｒを減算するだけでは電力の利得が不明確となる。その場合、ＤＣ電圧ｖｄｃを制御できず、電圧不足によりアクティブフィルタ装置４が制御不能となるか、過電圧となり異常停止させざるを得なくなることがある。そのため、本実施の形態の電流指令算出部２２では、ＤＣ電圧ｖｄｃの制御系を備えている。具体的には、減算器２２２によりＤＣ電圧ｖｄｃとその指令値ｖ*ｄｃの偏差をとり、ＰＩＤ制御部２２３により母線電圧の制御量を算出する。さらに有効電流算出部２２４により、入力アドレスＮｉｎに基づいて、電源電圧と同相の電流指令ｉ*ｄｃｒを算出する。そして、加算器２２５で、減算器２２２から出力される電流指令に電流指令ｉ*ｄｃｒを加算することで、最終的な補償電流指令ｉ*Ａｒを算出する。Ｔ相の成分における補償電流指令ｉ*Ａｔも補償電流指令ｉ*Ａｒと同様に算出される。
【００２３】
なお、ＰＩＤ制御部２２３は、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）および微分（Ｄ）制御からなる一般的なフィードバック制御を行う。なお、ＰＩＤ制御部２２３は、ＰＩＤ制御に替えて、Ｐ制御、ＰＩ制御、またはＰＤ制御の何れか、またはこれらの何れかを組み合わせた制御を行ってもよい。
【００２４】
図２に戻って、減算器２３は、電流指令算出部２２により算出された補償電流指令ｉ*Ａｒと実際の補償電流ｉＡｒの偏差をとる。ＰＩＤ制御部２４は、補償電流指令ｉ*Ａｒと実際の補償電流ｉＡｒの偏差に基づき、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御を行い、制御量を出力する。ＰＩＤ制御部２４は、ＰＩＤ制御部２２３と同様に、ＰＩＤ制御に替えて、Ｐ制御、ＰＩ制御、またはＰＤ制御の何れか、またはこれらの何れかを組み合わせた制御を行ってもよい。
【００２５】
また、本実施の形態では、ＰＩＤ制御部２４に加え、繰り返し制御部２５を備えている。図５は、実施の形態１における繰り返し制御部２５のブロック図である。繰り返し制御部２５は、ゲイン２５１と、入力アドレス決定部２５２と、複数の積分器２５３と、出力アドレス決定部２５４とから構成される。
【００２６】
入力アドレス決定部２５２および出力アドレス決定部２５４は、入力アドレスＮｉｎまたは出力アドレスＮｏｕｔに応じて、入力および出力を複数の積分器２５３の何れかに切り替える。複数の積分器２５３は、アドレスごとに補償電流指令ｉ*Ａｒと実際の補償電流ｉＡｒとの偏差を積分する。例えば、制御周波数が１５ｋＨｚ、電源周波数が６０Ｈｚの場合、繰り返し制御部２５は、アドレスに対応した２５０個の積分器２５３を備える。そして、複数の積分器２５３の積分値に基づき、アドレスごとの制御量ｖ*ＡｒＥｒｒが出力される。繰り返し制御それ自体は公知であるので、動作についての詳細な説明は省略する。繰り返し制御部２５を備えることにより、補償電流指令ｉ*Ａｒをより忠実に再現することができ、高調波抑制能力を向上させることができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、ゲイン２５１を入力アドレス決定部２５２の手前に配置しているが、出力アドレス決定部２５４の直後、もしくは全ての積分器２５３の手前または直後に配置した場合も、計算結果は変わらない。ゲイン２５１は、このように計算結果が変わらない任意の位置に移動させることができる。本実施の形態のＰＩＤ制御部２４または繰り返し制御部２５が、「制御量算出部」に対応する。
【００２８】
図２に戻って、加算器２６は、ＰＩＤ制御部２４から出力される制御量と、繰り返し制御部２５から出力される制御量とを合算し、デューティ算出部２８へ出力する。電源電圧算出部２７は、電源電圧ｖｒｓと出力アドレスＮｏｕｔとから、電源相電圧ｖｒ、ｖｓ、ｖｔを算出して、デューティ算出部２８へ出力する。
【００２９】
デューティ算出部２８は、下記の式（１）〜（３）により、各相のデューティＤ*ｒ、Ｄ*ｓ、Ｄ*ｔを算出する。算出されたデューティＤ*ｒ、Ｄ*ｓ、Ｄ*ｔは、デューティ変調部２９へ出力される。
Ｄ*ｒ＝（ｖｒ-ｖ*ａｒ）／（ｖｄｃ×０．５）・・・（１）
Ｄ*ｓ＝（ｖｓ-ｖ*ａｓ）／（ｖｄｃ×０．５）・・・（２）
Ｄ*ｔ＝（ｖｔ-ｖ*ａｔ）／（ｖｄｃ×０．５）・・・（３）
【００３０】
ここで、ｖ*ａｒは、Ｒ相におけるＰＩＤ制御部２４から出力される制御量と、繰り返し制御部２５から出力される制御量との合算値である。ｖ*ａｔは、Ｔ相におけるＰＩＤ制御部２４から出力される制御量と、繰り返し制御部２５から出力される制御量との合算値である。また、ｖ*ａｓは、ｖ*ａｒとｖ*ａｓとｖ*ａｔの和がゼロであることから、ｖ*ａｒとｖ*ａｔを減算することで求められる。
【００３１】
デューティ変調部２９は、デューティ算出部２８から出力される三相のデューティＤ*ｒ、Ｄ*ｓ、Ｄ*ｔに対し、二相変調を行う。図６は、実施の形態１におけるデューティ変調部２９のブロック図である。デューティ変調部２９は、モード決定部２９１と、デューティ修正部２９２とから構成される。
【００３２】
モード決定部２９１は、アドレスごとに二相変調のモードを決定する。図７は、実施の形態１のモード決定部２９１によるモードの決定方法の例を示す表である。二相変調において固定する相はＲ相、Ｓ相またはＴ相の３通りである。また固定する相の動作状態は、上アーム（Ｐ側）のスイッチング素子常時ＯＮ、かつ下アーム（Ｎ側）のスイッチング素子ＯＦＦ、または上アーム（Ｐ側）のスイッチング素子常時ＯＦＦ、かつ下アーム（Ｎ側）のスイッチング素子ＯＮの２通りである。すなわち、モードｍの数は、固定する相と動作状態とを合わせて６通りとなる。
【００３３】
モード決定部２９１は、図７の表に示すように、アドレスに応じてモードｍを決定する。図７の表は、制御周波数が１５ｋＨｚであり、電源周波数が６０Ｈｚの場合におけるモードｍの対応表である。モード決定部２９１は、アクティブフィルタ装置４による高調波電流の補償動作を行う前にモードｍとアドレスとの対応関係を決定し、高調波電流の補償動作中はモードｍとアドレスとの対応関係を変更しない。補償動作中にモードｍとアドレスとの対応関係を変更してしまうと、電流波形が歪んでしまい、正しく制御できなくなるためである。
【００３４】
なお、別の実施の形態として、モード決定部２９１は、電源相電圧に応じてモードｍを決定してもよい。具体的には、モード決定部２９１は、アドレスごとに、電源相電圧ｖｒ、ｖｓ、ｖｔと電源相電圧の符号を反転させた−ｖｒ、−ｖｓ、−ｖｔの計６個のうち、最も大きい要素に応じて、下記の式（４）〜（９）からモードｍを決定する。
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝ｖｒ  ⇒ ｍ＝１・・・（４）
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝−ｖｒ  ⇒ ｍ＝２・・・（５）
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝ｖｓ  ⇒ ｍ＝３・・・（６）
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝−ｖｓ  ⇒ ｍ＝４・・・（７）
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝ｖｔ  ⇒ ｍ＝５・・・（８）
Ｍａｘ(ｖｒ，ｖｓ，ｖｔ，−ｖｒ，−ｖｓ，−ｖｔ)＝−ｖｔ  ⇒ ｍ＝６・・・（９）
【００３５】
モードｍのその他の決定方法として、モード決定部２９１は、デューティＤ*ｒ、Ｄ*ｓ、Ｄ*ｔを用いて、下記の式（１０）〜（１５）によってモードｍを決定してもよい。なお、モード決定部２９１は、高調波電流の補償動作前にモードの決定方法を決定し、補償動作中はモードの決定方法を変更しないものとする。
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝Ｄ*ｒ  ⇒ｍ＝１・・・（１０）
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝−Ｄ*ｒ  ⇒ｍ＝２・・・（１１）
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝Ｄ*ｓ  ⇒ｍ＝３・・・（１２）
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝−Ｄ*ｓ  ⇒ｍ＝４・・・（１３）
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝Ｄ*ｔ  ⇒ｍ＝５・・・（１４）
Ｍａｘ(Ｄ*ｒ，Ｄ*ｓ，Ｄ*ｔ，−Ｄ*ｒ，−Ｄ*ｓ，−Ｄ*ｔ)＝−Ｄ*ｔ  ⇒ｍ＝６・・・（１５）
【００３６】
デューティ修正部２９２は、モード決定部２９１によって決定されたモードｍに応じて、アドレスごと、すなわちアドレスに対応する位相角ごとにデューティを修正する。図８は、実施の形態１のデューティ修正部２９２によるデューティの修正方法の例を示す表である。デューティ修正部２９２は、モードｍに応じて、デューティＤ*ｒ、Ｄ*ｓ、Ｄ*ｔを図８の表に示す式によって修正する。例えば、モード１の場合、デューティＤ*ｒを「＋１」に修正し、デューティＤ*ｓを「Ｄ*ｓ＋（１-Ｄ*ｒ）」に修正し、デューティＤ*ｔを「Ｄ*ｔ＋（１-Ｄ*ｒ）」に修正する。
【００３７】
デューティが「＋１」の場合は上アーム（Ｐ側）のスイッチング素子を常時ＯＮ、デューティが「−１」の場合は上アーム（Ｐ側）のスイッチング素子を常時ＯＦＦ、デューティが「０」の場合は上アーム（Ｐ側）のスイッチング素子を５０％ＯＮさせる。３つのデューティのうち何れか１つが、「＋１」または「−１」となることで、二相変調動作を実現することができる。デューティが「＋１」または「−１」の場合はスイッチングしなくなるため、スイッチングによる損失が発生しなくなり、スイッチング素子の損失を小さくすることができる。修正後のデューティＤ*´ｒ、Ｄ*´ｓ、Ｄ*´ｔは、制御信号生成部３０に出力される。
【００３８】
図２に戻って、制御信号生成部３０は、デューティ変調部２９から出力されるデューティＤ*´ｒ、Ｄ*´ｓ、Ｄ*´ｔから、パワーモジュール７を駆動する制御信号を生成する。一般的に知られている手法はパルス幅変調（ＰＷＭ）である。具体的には、デューティ変調部２９から出力されるデューティＤ*´ｒ、Ｄ*´ｓ、Ｄ*´ｔと三角波とを比較することで、６つのＯＮ／ＯＦＦ信号を生成する。そして、さらに上下アームが短絡しないように上下アームが共にＯＦＦとなるデッドタイム（Ｔｄ）期間を付加することで、６つの制御信号Ｓｒｐ、Ｓｒｎ、Ｓｓｐ、Ｓｓｎ、Ｓｔｐ、Ｓｔｎを出力する。
【００３９】
そして、パワーモジュール７のスイッチング素子が制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、補償電流ｉＡｒ、ｉＡｓ、ｉＡｔが発生する。この補償電流ｉＡｒ、ｉＡｓ、ｉＡｔは、制御リアクトル６およびフィルタ回路５を介して三相電源１に供給される。これにより、アクティブフィルタ装置４から出力される補償電流ｉＡｒ、ｉＡｓ、ｉＡｔと、インバータ装置２の負荷電流ｉＬｒ、ｉＬｓ、ｉＬｔとが相殺され、高調波電流が抑制される。
【００４０】
図９は、実施の形態１のアクティブフィルタ装置４における動作波形の一例である。図９（ａ）は電源電流、図９（ｂ）はデューティ、図９（ｃ）はＤＣ電圧の波形を示す。図９に示すように、何れか１つのデューティが「＋１」または「−１」となっていることから、二相変調が実現できていることがわかる。また、図９（ａ）の電源電流も正弦波上に制御できている。また、図９のＤＣ電圧ｖｄｃは、３４０Ｖとなっている。
【００４１】
図１０は、実施の形態１のアクティブフィルタ装置４における動作波形の一例である。図１０（ａ）は電源電流、図１０（ｂ）はデューティ、図１０（ｃ）はＤＣ電圧の波形を示す。また、図１１は、比較例のアクティブフィルタ装置における動作波形の一例である。図１１（ａ）は電源電流、図１１（ｂ）はデューティ、図１１（ｃ）はＤＣ電圧の波形を示す。なお、比較例のアクティブフィルタ装置は、少なくともデューティ変調部２９を備えていないものとする。図１０および図１１は、ＤＣ電圧ｖｄｃを３１５Ｖとした場合の動作波形である。
【００４２】
図１１に示すように、比較例においてＤＣ電圧ｖｄｃを３１５Ｖにすると、電源電流の波形が歪んでしまい、アクティブフィルタ装置が適切に動作しない。これに対し、図１０に示すように、実施の形態１におけるアクティブフィルタ装置４では、ＤＣ電圧ｖｄｃを３１５Ｖにした場合にも、電源電流を正弦波上に制御することができる。ＤＣ電圧ｖｄｃを小さくできることで、パワーモジュール７のスイッチング損失が小さくなる。さらに、制御リアクトル６のキャリア成分の電流脈動が小さくなるため、制御リアクトル６の制御周波数帯域の電流を小さくすることができ、制御リアクトル６の鉄損を小さくすることができる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、アクティブフィルタ装置４において、デューティ変調部２９を備えることにより、二相変調動作を実現することが可能となった。これにより、高調波電流を抑制しつつ、パワーモジュール７のスイッチング回数が低減すること、およびＤＣ電圧ｖｄｃが小さくなることによるパワーモジュール７の低損失化を実現できる。
【００４４】
またパワーモジュール７の損失が小さくなった分、さらに制御周波数を上昇させることで、フィルタ回路５のリアクトルまたは制御リアクトル６のインダクタンス値を小さくし、リアクトルの更なる安価化、および低損失化を実現することができる。またＤＣ電圧ｖｄｃを小さく制御できるため、従来技術に比べて電源電圧を高くした場合でも高調波電流を抑制することが可能となる。
【００４５】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、デューティ変調部２９のモード決定部２９１におけるモードの決定方法において、実施の形態１と相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４６】
図１２は、実施の形態２のモード決定部２９１によるモードの決定方法の例を示す表である。実施の形態１では、アドレスが各モードに均等に対応付けられる構成としたが、本実施の形態では、モードによって対応付けられるアドレスの範囲が変更される。具体的には、図７に示す実施の形態１のモード決定の表と比較して、モード１とモード２とにおいて、対応するアドレスの範囲を前後に１０個ずつ、計２０個増やしている。一方、モード３〜６の対応するアドレスの範囲は狭くなっている。
【００４７】
このようにモードを決定することで、Ｒ相の常時ＯＮ期間または常時ＯＦＦ期間（すなわち二相変調期間）が長くなる。これにより、Ｒ相のスイッチング損失を低減することができる。図１２では、Ｒ相を例にとって説明したが、モード３およびモード４の区間を長くすることでＳ相、モード５およびモード６の区間を長くすることでＴ相の二相変調期間を長くすることが可能である。
【００４８】
特に、電源電圧に不平衡が発生している場合、各相の電流の大きさにばらつきが生じる。そして、電流が大きい相ほど、パワーモジュール７の損失が大きくなり、各相の損失にもばらつきが生じる。そこで、本実施の形態のモード決定部２９１は、電流が大きい相の常時ＯＮ期間または常時ＯＦＦ期間が、電流が小さい相の常時ＯＮ期間または常時ＯＦＦ期間よりも長くなるようモードを決定する。このように、電流が大きい相の二相変調区間を長くして、電流が小さい相の二相変調区間を短くすることで、損失のばらつきを軽減することができる。
【００４９】
図１３は、実施の形態２のアクティブフィルタ装置４における動作波形の一例である。図１３（ａ）は電源電流、図１３（ｂ）はデューティ、図１３（ｃ）はＤＣ電圧の波形を示す。図１３に示すように、何れか１つのデューティが「＋１」または「−１」となっていることから、二相変調が実現できていることがわかる。さらに、図１３（ｂ）に示すように、二相変調の期間が均一ではない動作を実現できている。
【００５０】
以上のように、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を実現することができる。さらに各相の二相変調の期間を電流の大きさに応じて調整することで、パワーモジュール７の損失のバランスをとることができる。
【００５１】
以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。例えば、上記実施の形態では、空気調和機１００のインバータ装置２が負荷装置の場合について説明したが、その他の負荷装置における高調波電流を抑制するためにアクティブフィルタ装置４を用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  三相電源、２  インバータ装置、３  圧縮機、４  アクティブフィルタ装置、５  フィルタ回路、６  制御リアクトル、７  パワーモジュール、８  コンデンサ、９  アクティブフィルタ制御部、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  電流センサ、１１ａ、１１ｂ  電圧センサ、２１  アドレス算出部、２２  電流指令算出部、２３  減算器、２４  ＰＩＤ制御部、２５  繰り返し制御部、２６  加算器、２７  電源電圧算出部、２８  デューティ算出部、２９  デューティ変調部、３０  制御信号生成部、１００  空気調和機、２１１  ゼロクロス検出部、２１２  カウンター、２１３  加算器、２２１  電源電流指令算出部、２２２  減算器、２２３  ＰＩＤ制御部、２２４  有効電流算出部、２２５  加算器、２５１  ゲイン、２５２  入力アドレス決定部、２５３  積分器、２５４  出力アドレス決定部、２９１  モード決定部、２９２  デューティ修正部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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