(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間電圧ベクトルを用いてＰＷＭ信号を発生しスイッチング回路を制御するＰＷＭインバータの制御方法において、電圧振幅指令と電圧位相指令と出力モード切替信号を取り込み、前記出力モード切替信号により第１の電圧指令制限手段か第２の電圧指令制限手段のどちらか一方に接続を切替え、前記第１の電圧指令制限手段によって前記電圧振幅指令が正弦波を出力できる電圧に制限し、また前記第２の電圧指令制限手段によって前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧を比較し前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧より大きい場合には前記電圧位相指令を調整して前記電圧振幅指令の電圧を出力できるように調整し、前記第１の電圧指令制限手段と前記第２の電圧指令制限手段の出力に基づいてＰＷＭ信号を出力させることを特徴とするインバ−タ制御方法。
【請求項２】
前記出力モード切替信号が高出力のモードを指定しているか、または前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧より小さければ、前記第１の電圧指令制限手段を選択し、
前記出力モード切替信号が高精度のモードを指定しており、かつ前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧以上であれば、前記第２の電圧指令制限手段を選択する、請求項１に記載のインバータ制御方法。
【請求項３】
前記第２の電圧指令制限手段は、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値とを比較し、前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値より大きければ、前記電圧位相指令の電圧を、前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値に調整する、請求項１または２に記載のインバータ制御方法。
【請求項４】
前記第２の電圧指令制限手段は、電圧位相指令を、対称３相電圧の性質を利用して０から６０°の範囲内の変換値にし、前記変換値と３０°を比較し、その比較結果に基づいて前記電圧位相指令を調整する、請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ制御方法。
【請求項５】
空間電圧ベクトルを用いてＰＷＭ信号を発生しスイッチング回路を制御するインバータの制御装置において、電圧振幅指令と電圧位相指令と出力モード切替信号を取り込むモード判断手段と、前記電圧振幅指令が正弦波を出力できる電圧に制限する第１の電圧指令制限手段と、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧を比較し前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧より大きい場合には前記電圧位相指令を調整して前記電圧振幅指令の電圧を出力できるように調整する第２の電圧指令制限手段と、前記出力モード切替信号により前記第１の電圧指令制限手段か第２の電圧指令制限手段のどちらか一方に接続する切替手段と、前記第１の電圧指令制限手段と前記第２の電圧指令制限手段の出力を入力とし前記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ出力手段とを有することを特徴とするインバ−タ制御装置。
【請求項６】
前記モード判定手段は、
前記出力モード切替信号が高出力のモードを指定しているか、または前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧より小さければ、前記第１の電圧指令制限手段を選択し、
前記出力モード切替信号が高精度のモードを指定しており、かつ前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧以上であれば、前記第２の電圧指令制限手段を選択する、請求項５に記載のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記第２の電圧指令制限手段は、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値とを比較し、前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値より大きければ、前記電圧位相指令の電圧を、前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値に調整する、請求項５または６に記載のインバータ制御装置。
【請求項８】
前記第２の電圧指令制限手段は、電圧位相指令を、対称３相電圧の性質を利用して０から６０°の範囲内の変換値にし、前記変換値と３０°を比較し、その比較結果に基づいて前記電圧位相指令を調整する、請求項５から７のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバ−タ制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＷＭインバータのＰＷＭ信号発生方法については三角波比較方法と空間電圧ベクトル発生方法がある。両方法のどちらにおいてもＰＷＭ信号としては同様のパターンが得られる。
空間電圧ベクトル発生方法を図を用いて説明する。図４は従来例の構成を示すブロック図である。
図中｜Ｖ１｜は電圧振幅指令、θ1は電圧位相指令である。Ｖmaxは出力電圧の制限値で正弦波電圧が出力可能な電圧の最大値に設定されている（相電圧の場合のＶmaxは直流母線電圧ＶDCの√３分の１）。
１はＰＷＭ出力演算部で、電圧指令制限手段２の出力を受ける。２は電圧指令制限手段で、ここでは振幅指令｜Ｖ１｜がＶmaxと比較され、｜Ｖ１｜がＶmaxより大きい場合には｜Ｖ１｜’＝Ｖmaxと設定され、｜Ｖ１｜がＶmaxより小さい場合には｜Ｖ１｜’＝｜Ｖ１｜と設定され、｜Ｖ１｜’がＶmaxを越えないようにする。ＰＷＭ出力演算部１では｜Ｖ１｜’とθ1を元にＰＷＭパターンを決定する。
【０００３】
図５はＰＷＭ演算部１内の機能を示した図である。ある一定期間での対称３相電圧の大小関係は最大、中間、最小の三つに振り分けられる。たとえば、対称３相電圧の大小関係を示す図６のとおり、θ1＝０〜６０゜の間ではＵ相の電圧指令は最大、Ｖ相の電圧指令は中間、Ｗ相の電圧指令は最小である。後のθ1＝６０〜３６０゜の区間においては、最大、最小、中間が各々Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と６０゜毎に変わっていくだけなので、図５に示したように、３６０゜の区間を６等分し、その中の１区間について、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の大小関係と０〜６０゜の間での位相角度情報があれば絶対角度中の位置情報がわかる。そこで、θ1を前記１区間の中の０〜６０゜に変換しこの位相角度をθ11とする。
図７は１サンプル期間内のスイッチングパターンである。スイッチングには、ＵＰモードとＤＯＷＮモードが存在し、ＵＰモードはＰＷＭ信号がＬＯからＨＩに切り替わるモード、ＤＯＷＮモードはＰＷＭ信号がＨＩからＬＯに切り替わるモードである。また、ＰＷＭ信号がＨＩに接続された時、インバ一タのスイッチはＯＮとなるものとする。ＵＰモードでは、Ｔ０は最大電圧の相のＰＷＭ信号がＬＯからＨＩに切り替わるまでの時間、Ｔ１は中間電圧の相のＰＷＭ信号がＬＯからＨＩに切り替わるまでの時間、Ｔ２は最小電圧の相のＰＷＭ信号がＬＯからＨＩに切り替わるまでの時間と定義する。ＤＯＷＮモードでは、Ｔ０は最大電圧の相のＰＷＭ信号がＨＩからＬＯに切り替わるまでの時間、Ｔ１は中間電圧の相のＰＷＭ信号がＨＩからＬＯに切り替わるまでの時間、Ｔ２は最小電圧の相のＰＷＭ信号がＨＩからＬＯに切り替わるまでの時間と定義する。
【０００４】
各々の時間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２を式（１）から式（９）までの手順で計算すればスイッチングパターンが決定する。
ｔ１＝Ｔ・｜Ｖ１｜’・ｓｉｎ（６０ｄｅｇーθ11）             （１）
ｔ２＝Ｔ・｜Ｖ１｜’・ｓｉｎθ11                            （２）
ｔ０＝（Ｔ−ｔ１−ｔ２）／２                                （３）
ＵＰモード                      ＤＯＷＮモード
Ｔ０＝ｔ０        （４）            Ｔ２＝ｔ０        （７）
Ｔ１＝Ｔ０十ｔ１  （５）            Ｔ１＝Ｔ０十ｔ１  （８）
Ｔ２＝Ｔ１＋ｔ２  （６）            Ｔ０＝Ｔ１＋ｔ２  （９）
図８は空間電圧ベクトル方式の概念図である。所望の｜Ｖ１｜、θ1を出力できるのは図中六角形の内側の領域である。また、正弦波電圧（相電圧）を出力できるのは、六角形の内接円内側の領域であり、直流母線電圧ＶDCの√３分の１である。
【０００５】
ところが用途によっては、最大出力時に出力電圧が正弦波電圧でなくてもよいので見かけ上、出力電圧を上げたい場合がある。この場合出力電流を小さくでき、小さい出力電流で大きな電力を出力することができ、主回路に接続された部品の発熱を抑えることができるなどの利点がある。
そこで、第１の従来技術として電圧指令の制限値を六角形辺上とする例がある。この場合、最大に出力できる電圧振幅指令は０〜６０゜区間において電圧位相指令とともに変化し図９の様になる。１相分の電圧指令変化としては０〜３６０゜の間では図１０の様になる。この時、見かけ上出力電圧（基本電圧成分）の最大値が正弦波電圧出力方式と比較して５％程度大きくすることができる。
また、第２の従来技術として、正弦波電圧を出力できる最大値を越えた場合、最大電圧出力時６ステップの電圧を出力する方法がある。この場合、出力相電圧は図１１の様な矩形波となり、正弦波電圧出力方式と比較して、１０％程度出力電圧を大きくできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来技術においては出力電圧は５％しか大きくできず、第２の従来技術においては、正弦波電圧から６ステップ電圧へ移行する時の中間電圧が得られないため滑らかなモードの切り替えが不可能で、かつ、電流制御系においては電圧が必要なく、電流制御性能が要求される場合においても過渡的に矩形波電圧を出力するため、制御性能を悪化させるなどの問題があった。
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、高出力が必要な場合には出力電圧を大きくとれ、制御精度がいる領域においては制御性能を上げることができ、かつ、滑らかなモード変更が可能なインバ−タ制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の方法は、空間電圧ベクトルを用いてＰＷＭ信号を発生しスイッチング回路を制御するＰＷＭインバータの制御方法において、電圧振幅指令と電圧位相指令と出力モード切替信号を取り込み、前記出力モード切替信号により第１の電圧指令制限手段か第２の電圧指令制限手段のどちらか一方に接続を切替え、前記第１の電圧指令制限手段によって前記電圧振幅指令が正弦波を出力できる電圧に制限し、また前記第２の電圧指令制限手段によって前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧を比較し前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧より大きい場合には前記電圧位相指令を調整して前記電圧振幅指令の電圧を出力できるように調整し、前記第１の電圧指令制限手段と前記第２の電圧指令制限手段の出力に基づいてＰＷＭ信号を出力させることを特徴とする。
また、前記出力モード切替信号が高出力のモードを指定しているか、または前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧より小さければ、前記第１の電圧指令制限手段を選択し、
前記出力モード切替信号が高精度のモードを指定しており、かつ前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧以上であれば、前記第２の電圧指令制限手段を選択することとしてもよい。
また、前記第２の電圧指令制限手段は、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値とを比較し、前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値より大きければ、前記電圧位相指令の電圧を、前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値に調整することとしてもよい。
また、前記第２の電圧指令制限手段は、電圧位相指令を、対称３相電圧の性質を利用して０から６０°の範囲内の変換値にし、前記変換値と３０°を比較し、その比較結果に基づいて前記電圧位相指令を補正することとしてもよい。
【０００８】
また、本発明の装置は、空間電圧ベクトルを用いてＰＷＭ信号を発生しスイッチング回路を制御するインバータの制御装置において、電圧振幅指令と電圧位相指令と出力モード切替信号を取り込むモード判断手段と、前記電圧振幅指令が正弦波を出力できる電圧に制限する第１の電圧指令制限手段と、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧を比較し前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧より大きい場合には前記電圧位相指令を調整して前記電圧振幅指令の電圧を出力できるように調整する第２の電圧指令制限手段と、前記出力モード切替信号により前記第１の電圧指令制限手段か第２の電圧指令制限手段のどちらか一方に接続する切替手段と、前記第１の電圧指令制限手段と前記第２の電圧指令制限手段の出力を入力とし前記ＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ出力手段とを有することを特徴とするものである。
また、前記モード判定手段は、
前記出力モード切替信号が高出力のモードを指定しているか、または前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧より小さければ、前記第１の電圧指令制限手段を選択し、
前記出力モード切替信号が高精度のモードを指定しており、かつ前記電圧振幅指令が前記正弦波の出力できる電圧以上であれば、前記第２の電圧指令制限手段を選択することしてもよい。
また、前記第２の電圧指令制限手段は、前記電圧振幅指令と前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値とを比較し、前記電圧振幅指令が前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値より大きければ、前記電圧位相指令の電圧を、前記正弦波を出力できる電圧に（２／√３）を乗算した値に調整することとしてもよい。
また、前記第２の電圧指令制限手段は、電圧位相指令を、対称３相電圧の性質を利用して０から６０°の範囲内の変換値にし、前記変換値と３０°を比較し、その比較結果に基づいて前記電圧位相指令を調整することとしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明を示すブロック図である。１がＰＷＭパターン発生部、４が電圧指令制限値の切り替え部、２が第１の電圧指令制限手段、３が第２の電圧指令制限手段、５がモード判断部である。また、｜Ｖ１｜’が補正後の電圧振幅指令、θ11* が補正後の電圧位相指令、モード１が出力モード切替信号である。
モード判断部５では｜Ｖ１｜＜Ｖmaxでは常にＨＩを出力し、この時、電圧指令制限の切り替え部４は第１の電圧指令制限手段２を選択する。また、モード判断部５はモード１がＬＯで、かつ、｜Ｖ１｜≧ＶmaxではＬＯを出力し、この時、電圧指令制限の切り替え部４は第２の電圧指令制限手段３を選択する。第１の電圧指令制限手段２または、第２の電圧指令制限手段３には、ステップ２で｜Ｖ１｜とθ1が入力され、電圧振幅指令と電圧位相指令の補正値として｜Ｖ１｜’、θ11* を出力する。これら｜Ｖ１｜’、θ11*、及びθ1は、ＰＷＭパターン発生部１に入力され適当なＰＷＭパターンを発生する。また、図１中、ＴｕはＵ相ＰＷＭ信号の立ち上がり（立ち下がり）時間、ＴｖはＶ相ＰＷＭ信号の立ち上がり（立ち下がり）時間、およびＴｗはＷ相ＰＷＭ信号の立ち上がり（立ち下がり）時間であり、各相信号の前に付く／印はその負信号を表わしている。
【００１０】
第２の電圧指令制限手段の動作を図に基づいて説明する。
図２は実施例の制御手順を示すフローチャートであり、図３は｜Ｖ１｜＞２／√３・Ｖmax，２／√３・Ｖmax≧｜Ｖ１｜≧Ｖmaxのそれぞれの場合の出力電圧指令｜Ｖ１｜’を示す図である。
ステップ３およびステップ４において、ＭＯＤＥ１＝０であったり｜Ｖ１｜＜Ｖmaxであれば、第１の電圧指令制限手段２が選択され、ＭＯＤＥ１＝０でなく｜Ｖ１｜＜Ｖmaxでなければ、第２の電圧指令制限手段３が選択される。
第２の電圧指令制限手段３が選択されると、ステップ５で取り込んだ｜Ｖ１｜を２／√３・Ｖmaxと比較する。２／√３・Ｖmaxとは図８における六角形の頂点での出力電圧で、電圧位相指令が０，６０，１２０，１８０，２４０、３００，３６０の時のみ出力可能である。｜Ｖ１｜≧２／√３・Ｖmaxであれば、ステップ６で｜Ｖ１｜’＝２／√３・Ｖmaxとする。それ以外では、｜Ｖ１｜’＝｜Ｖ１｜とする。次に、ステップ７では、図５に示すような表に基づいて、取り込んだθ1を０〜６０°の値に変換し、これをθ11とする。
【００１１】
次に、ステップ８ではθ11≦３０゜であれば、ステップ９でθ11*＝ＣＯＳー1（Ｖmax／｜Ｖ１｜）−３０°でθ11*を決定する。同じように、θ11＞３０°であれば、θ11*＝ＣＯＳー1（Ｖmax／｜Ｖ１｜）でθ11*を決定し、さらにステップ１５に進む。
次に、第１の電圧指令制限手段２が選ばれる（ステップ３においてＭＯＤＥ１＝０）か、または第２の電圧指令制限手段３が選ばれた場合においてもステップ４で｜Ｖ１｜＜Ｖmaxと判断された場合は、ステップ１１〜ステップ１４の処理を先のステップ５〜ステップ８と同じように経由して、ステップ１５に至る。
ステップ１５では補正電圧振幅指令｜Ｖ１｜’と補正電圧位相指令θ11*をもとにｔ０、ｔ１、ｔ２の計算をする。ステップ１６ではＤＯＷＮモードかＵＰモードかの切り替えを行なう。ステップ１７からステップ１８まではＤＯＷＮモードかＵＰモードかを判別しＴ０、Ｔ１、Ｔ２をセットする。ステップ１９ではθ1をもとに、図５に示すような表に基づいてＴＵ、ＴＶ、ＴＷにＴ０、Ｔ１、Ｔ２をセットする。ステップ２０ではＴＵ、ＴＶ、ＴＷを出力する。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、制御性能が要求されないで、かつ高出力が必要な場合には出力電圧を大きく取れ、制御精度がいる領域においては正弦波出力し、制御性能を上げることができ、かつ、正弦波出力と矩形波出力の間に中間的な状態を作り滑らかなモード変更が可能なインバータドライブ制御方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図
【図２】実施例の制御手順を示すフローチャート
【図３】実施例における電圧指令制限手段の比較出力を示す図
【図４】従来例の構成を示すブロック図
【図５】従来例のＰＷＭ演算部内の機能を示した図
【図６】従来例の対称３相電圧の大小関係を示す図
【図７】従来例の１サンプル期間内のスイッチングパターン図
【図８】従来例の空間電圧ベクトル方式の概念図
【図９】従来例の最大電圧振幅指令の変化を示す図
【図１０】従来例の１相分の電圧指令の変化を示す図
【図１１】従来例の出力相電圧を示す図
【符号の説明】
１    ＰＷＭパターン発生部
２    第１電圧指令制限手段
３    第２電圧指令制限手段
４    電圧指令制限値の切り替え部
５    モード判断部
【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】
0003781069.tif 000008
【図８】
0003781069.tif 000009
【図９】
0003781069.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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