(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-26
(45)【発行日】2024-09-03
(54)【発明の名称】同期ＰＷＭ制御の位相補正装置および位相補正方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240827BHJP
H02P 27/08 20060101ALI20240827BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 F
H02P27/08
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023043852
(22)【出願日】2023-03-20
【審査請求日】2024-03-11
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】柴田 翔
(72)【発明者】
【氏名】中井 喬太
【審査官】安池 一貴
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１０／１３７１６２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０９８８６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１７０８９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｐ ２７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器において、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算部と、
同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定部と、
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算部と、
を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴とする同期ＰＷＭ制御の位相補正装置。
【請求項2】
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器において、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算部と、
同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定部と、
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算部と、
を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴とする同期ＰＷＭ制御の位相補正装置。
【請求項3】
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器において、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算部と、
同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定部と、
を備え、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【数3】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【数4】
【数5】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であることを特徴とする同期ＰＷＭ制御の位相補正装置。
【請求項4】
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【数3】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【数4】
【数5】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記第２のキャリア周波数演算部は、次の（６）式、（５）式によって第２の位相補正用キャリア周波数（ｆcθ）を演算し、
【数6】
【数5】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であり、第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号の（Ｋｐ－１）周期であることを特徴とする請求項１に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置。
【請求項5】
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【数3】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【数4】
【数5】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記第３のキャリア周波数演算部は次の（７）式によって第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’ｃθを演算し、
【数7】
（ただしｆｃ＿ｚは現在キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数、ｆｌｉｍはキャリア周波数の変化幅制限値）
前記（７）式のｆｌｉｍの加算又は減算は次の（８）式の大小関係によって決定し、
【数8】
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間と、第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間は、ともにキャリア信号のＫｐ周期であることを特徴とする請求項２に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置。
【請求項6】
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器における同期ＰＷＭ制御の位相補正方法であって、位相誤差検出部が、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出ステップと、
第１のキャリア周波数演算部が、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算ステップと、
キャリア周波数設定部が、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を演算して設定するステップと、前記位相誤差検出ステップで検出された位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更ステップと、
第２のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算ステップと、
を備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴とする同期ＰＷＭ制御の位相補正方法。
【請求項7】
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器における同期ＰＷＭ制御の位相補正方法であって、位相誤差検出部が、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出ステップと、
第１のキャリア周波数演算部が、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算ステップと、
キャリア周波数設定部が、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を演算して設定するステップと、前記位相誤差検出ステップで検出された位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更ステップと、
第３のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算ステップと、
を備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴とする同期ＰＷＭ制御の位相補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はモータなどの駆動を行う電力変換器において、同期ＰＷＭ制御の出力電圧指令とキャリア信号の位相誤差を補正する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インバータなどの電力変換器において、所望の出力電圧や電流を生成するための制御方法に、出力電圧指令とキャリア信号との比較に基づいて電力変換器内のスイッチング素子をオンオフさせるＰＷＭ制御方法がある。
【0003】
特許文献１には、非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御への切り替え、および同期ＰＷＭ制御におけるパルス数切り替えにおいて、適切な切り替え条件を設けることで切り替え時の電流ショックやトルクショックを抑制する方法が提案されている。切り替え前後のキャリア信号と出力電圧指令の位相差がある範囲内であることを切り替え条件とすることを特徴とする。
【0004】
特許文献２には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数の変更タイミングを決定する方法が提案されている。出力（ロータ）の電気角とキャリア信号の位相差にある閾値を設け、その閾値を超えた場合にキャリア周波数の変更を許可することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１０－５１１２９号公報
【文献】特開２０１０－９８８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
同期ＰＷＭ制御で重要となるのは、出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期していることであり、これにより出力電圧のパルスの対称性が保たれ、出力の低周波脈動などの問題を解消することができる。
【0007】
特許文献１では、非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御への切り替え、または同期ＰＷＭ制御のパルス数切り替えにおいて、切り替え前後のキャリア信号（三角波）と出力電圧指令の位相差がある範囲内であることを切り替え条件とする方法が提案されている。
【0008】
非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御に切り替える際には、出力電圧指令とキャリア信号の位相差が定義された基準値の±５°程度の範囲内にあるか判定し、その判定を満足しない場合は非同期ＰＷＭ制御を継続し、判定を満足する場合は同期ＰＷＭ制御に切り替える。
【0009】
同期ＰＷＭ制御のパルス数を切り替える際には、パルス数が奇数の場合は出力電圧指令とキャリア信号の位相は同期状態を保っているため、切り替え時の判定を不要としている。このように、特許文献１では判定を満足しない場合には非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御への切り替えに遅延が発生する。また、同期ＰＷＭ制御で駆動中に位相誤差が発生することを考慮できていない。
【0010】
特許文献２では、負荷であるモータのロータ回転速度が急変した際にも、安定的に同期ＰＷＭ制御が実施される方法が提案されている。図１に、キャリア信号とロータ電気角の位相関係の例を示す。キャリア信号の位相をθＣＡ、ロータ電気角の位相をθｍとしている。キャリア信号の１周期ごとにそのときのロータ電気角をサンプリングする（図１のθｍ１～θｍ５）。このサンプリングされたロータ電気角の各位相は、定義された上限閾値および下限閾値と比較され、その閾値を超えた場合にキャリア周波数を変更する。
【0011】
特許文献１、２のいずれにおいても、同期ＰＷＭ制御における出力周波数が一定の際の出力電圧（または出力電圧指令）とキャリア信号の位相誤差については言及されていない。同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数はそのときの出力周波数の整数倍とするため、理想的には出力電圧とキャリア信号の位相を一度同期させれば出力周波数が変動しない限りは位相の同期状態は保たれる。
【0012】
しかしながら、実機においてはキャリア周波数は例えばＣＰＵやＦＰＧＡなどの制御器のクロック周波数によって分解能が決まってしまうため（キャリア周期はクロック周期の整数倍に限定されるため）、必ずしもキャリア周波数が出力周波数の整数倍とはなっていない。このようにキャリア周波数が出力周波数の整数倍からずれている場合は、出力周波数が一定であっても時々刻々と出力電圧とキャリア信号の位相誤差は大きくなり、同期状態が保たれない。
【0013】
例えば、出力周波数が６００Ｈｚのときにパルス数を９個とする同期ＰＷＭ制御を考える。キャリア周波数は出力周波数とパルス数の乗算値である５４００Ｈｚとする必要がある。ここで、制御器のクロック周波数が２００ＭＨｚであるとし、そのクロック周波数のカウントによってキャリア信号が生成されるとする。２００Ｍ／５４００の小数点以下切り捨てと考えると、２００ＭＨｚのクロック周波数の３７０３７カウントによって５４００Ｈｚとする。
【0014】
しかしながら、実際には２００Ｍ／３７０３７＝５４００．００５４Ｈｚとなってしまっている。この０．００５４Ｈｚの誤差は、周波数６００Ｈｚの出力電圧１周期当たり、位相が約０．０００３６ｄｅｇずれることになる。１周期当たりの位相誤差は微小であるが、例えば周波数６００Ｈｚで１分間運転したとすると位相誤差は１２．９６ｄｅｇとなる。
【0015】
このように、出力周波数が一定であったとしても出力電圧とキャリア信号の位相誤差が徐々に増加し、出力パルスの対称性が保てなくなる。
【0016】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、同期ＰＷＭ制御による運転中に、出力電圧指令とキャリア周波数の位相誤差を解消し同期状態を保つことができる同期ＰＷＭ制御の位相補正装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記課題を解決するための請求項１に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器において、
同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算部と、
同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定部と、
を備えたことを特徴とする。
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器において、
同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、
前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算部と、
同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定部と、
を備えたことを特徴とする。
【0018】
請求項１に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算部を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴としている。
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算部を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴としている。
【0019】
請求項２に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算部を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴としている。
前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算部を備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴としている。
【0020】
請求項３に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【0021】
【数3】
【0022】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【0023】
【数4】
【0024】
【数5】
【0025】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であることを特徴とする。
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であることを特徴とする。
【0026】
請求項４に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【0027】
【数3】
【0028】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【0029】
【数4】
【0030】
【数5】
【0031】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記第２のキャリア周波数演算部は、次の（６）式、（５）式によって第２の位相補正用キャリア周波数（ｆcθ）を演算し、
前記第２のキャリア周波数演算部は、次の（６）式、（５）式によって第２の位相補正用キャリア周波数（ｆcθ）を演算し、
【0032】
【数6】
【0033】
【数5】
【0034】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であり、第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号の（Ｋｐ－１）周期であることを特徴とする。
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号のＫｐ周期であり、第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間はキャリア信号の（Ｋｐ－１）周期であることを特徴とする。
【0035】
請求項５に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正装置は、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
前記キャリア周波数設定部には、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ＝Ｋｐ×ｆ０（Ｋｐは出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数、ｆ０は電力変換器の出力周波数）が設定され、
前記位相誤差検出部は、前記出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しており、前記パルス数Ｋｐであるときの、出力電圧指令の設定した基準点における位相の同期位相θ’ｖ０を次の（３）式で定義し、
【0036】
【数3】
【0037】
前記出力電圧指令の設定した基準点における位相を検出した検出位相θｖ０と、前記（３）式で定義した同期位相θ’ｖ０との誤差を検出し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
前記第１のキャリア周波数演算部は、次の（４）式、（５）式によって第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算し、
【0038】
【数4】
【0039】
【数5】
【0040】
（ただしθｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と検出位相θｖ０の差）
前記第３のキャリア周波数演算部は次の（７）式によって第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’ｃθを演算し、
前記第３のキャリア周波数演算部は次の（７）式によって第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’ｃθを演算し、
【0041】
【数7】
【0042】
（ただしｆｃ＿ｚは現在キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数、ｆｌｉｍはキャリア周波数の変化幅制限値）
前記（７）式のｆｌｉｍの加算又は減算は次の（８）式の大小関係によって決定し、
前記（７）式のｆｌｉｍの加算又は減算は次の（８）式の大小関係によって決定し、
【0043】
【数8】
【0044】
前記キャリア周波数設定部における、第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間と、第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する期間は、ともにキャリア信号のＫｐ周期であることを特徴としている。
【0045】
請求項６に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正方法は、
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器における同期ＰＷＭ制御の位相補正方法であって、
位相誤差検出部が、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出ステップと、
第１のキャリア周波数演算部が、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算ステップと、
キャリア周波数設定部が、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を演算して設定するステップと、前記位相誤差検出ステップで検出された位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更ステップと、
を備えたことを特徴とする。
出力電圧指令とキャリア信号の位相を同期させる同期ＰＷＭ制御がなされる単相又は三相の電力変換器における同期ＰＷＭ制御の位相補正方法であって、
位相誤差検出部が、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出ステップと、
第１のキャリア周波数演算部が、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数を演算する第１のキャリア周波数演算ステップと、
キャリア周波数設定部が、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を演算して設定するステップと、前記位相誤差検出ステップで検出された位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【0046】
請求項６に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正方法は、
第２のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算ステップを備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定
変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴としている。
第２のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数を演算する第２のキャリア周波数演算ステップを備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数に設定
変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第２の位相補正用キャリア周波数に設定変更することを特徴としている。
【0047】
請求項７に記載の同期ＰＷＭ制御の位相補正方法は、
第３のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算ステップを備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴としている。
第３のキャリア周波数演算部が、前記演算された第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が、設定した変化幅制限値を超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値を加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数を演算する第３のキャリア周波数演算ステップを備え、
前記キャリア周波数設定変更ステップは、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間第１の位相補正用キャリア周波数に設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値を超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数に設定変更する、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【0048】
請求項１～７に記載の発明によれば、運転中に位相誤差を検知し、キャリア周波数を適切に変更することで位相誤差を解消し、同期状態を保つことができる。出力電圧パルスの対称性も保たれるため、出力のビート現象などを抑制することができる。
【0049】
請求項３において、演算した位相補正用のキャリア周波数が電力変換器によって制限されているキャリア周波数の上限値を超えた値となることがある。そのような場合に、キャリア周波数を上限値に設定してしまうと適切に位相補正が行えない。請求項１，４，６に記載の発明によれば、演算された位相補正用のキャリア周波数が上限値を超えた場合に、上限値を超えないキャリア周波数で、かつ位相補正が行えるキャリア周波数を再度演算し直すので、電力変換器のキャリア周波数の上限に関係なく、位相補正を実施できる。
【0050】
請求項３において、演算した位相補正用のキャリア周波数と現在設定されているキャリア周波数の差が大きくなることがある。キャリア周波数の変化幅が大きいと、キャリア周波数切替時に電流振幅が過大になる。請求項２、５、７に記載の発明によれば、キャリア周波数の変化幅に制限を設け、急峻なキャリア周波数の変化を抑制するので、電流振幅の増大を抑制しながら、キャリア周波数を変更し位相補正を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】同期ＰＷＭ制御におけるキャリア信号とロータ電気角の位相関係を示す説明図。
【図2】本発明が適用されるシステムの一例を示す構成図。
【図3】ＰＷＭ制御に使用する出力周波数に対するキャリア周波数の一例を示す説明図。
【図4】キャリア信号に同期した出力電圧指令の位相サンプリングを示す説明図。
【図5】本発明の位相補正法のキャリア周波数遷移を示す説明図。
【図6】本発明の実施例１によるキャリア周波数設定のフローチャート。
【図7】本発明の実施例２によるキャリア周波数設定のフローチャート。
【図8】本発明の実施例３によるキャリア周波数設定のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0052】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【0053】
図２に、本発明の同期ＰＷＭ制御の位相補正法を適用するシステム構成の一例を示す。１は、ＰＷＭ制御器２において出力電圧指令とキャリア信号を比較して生成されたゲート信号によってＰＷＭ制御が行われる電力変換器（三相インバータ）である。
【0054】
電力変換器１の出力電圧はモータ３に供給される。４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは電力変換器１の三相出力電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを検出する電流センサである。５は、前記検出された三相出力電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷをｄｑ座標系のｄ軸電流ＩＤ、ｑ軸電流ＩＱに変換するｕｖｗ／ｄｑ変換器である。
【0055】
６Ｄはｄ軸電流指令ＩＤ
＊とｄ軸電流ＩＤとの偏差をとる減算器、６Qはｑ軸電流指令ＩＱ
＊とｑ軸電流ＩＱとの偏差をとる減算器である。
【0056】
７は、６Ｄ、６Qの偏差出力が各々零となるように（ＩＤ、ＩＱがＩＤ
＊、ＩＱ
＊に追従するように）ｄｑ軸電圧指令ＶＤ
＊、ＶＱ
＊を算出する電流制御器である。
【0057】
８は、電流制御器７から出力されるｄｑ軸電圧指令ＶＤ
＊、ＶＱ
＊を三相の電圧指令ＶＵ
＊，ＶＶ
＊，ＶＷ
＊に座標変換してＰＷＭ制御器２に与えるｄｑ／ｕｖｗ変換器である。
【0058】
ＰＷＭ制御器２は一般的に広く採用されている三角波比較ＰＷＭ方式である。ＰＷＭ制御器２では、出力周波数によって非同期ＰＷＭ制御と同期ＰＷＭ制御を切り替える。同期ＰＷＭ制御のキャリア周波数は出力周波数の３の整数倍とし、（１）式を満足するようなパルス数Ｋｐ（出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数）に決定する。
【0059】
【数1】
【0060】
ただし、ｎは整数(ｎ＝０，１，２， …)とする。
【0061】
キャリア周波数の上限は対象とする電力変換器によって異なるが、本明細書で対象とする電力変換器１ではキャリア周波数の上限を８０００Ｈｚであるとする。
【0062】
図３に、出力周波数が０～１０００ＨｚまでのＰＷＭ制御に使用するキャリア周波数の一例を示す。ただし、非同期ＰＷＭ制御のときにはキャリア周波数の上限とした８０００Ｈｚ固定とする。非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御の切り替えについては、出力電圧のパルス数が（１）式のｎ＝３である２１個を確保できない出力周波数ｆｘ（８０００／２１≒３８０．９５Ｈｚ）になったとき、（１）式のｎ＝２であるパルス数１５個の同期ＰＷＭ制御に切り替えるものとする。
【0063】
また出力電圧のパルス数が（１）式のｎ＝２である１５個を確保できない出力周波数ｆｙ（８０００／１５≒５３３．３３Ｈｚ）になったとき、（１）式のｎ＝１であるパルス数９個の同期ＰＷＭ制御に切り替え、同様に出力電圧のパルス数が（１）式のｎ＝１である９個を確保できない出力周波数ｆｚ（８０００／９≒８８８．８８Ｈｚ）になったとき、（１）式のｎ＝０であるパルス数３個の同期ＰＷＭ制御に切り替えるものとする。
【0064】
同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆｃ［Ｈｚ］は、（２）式のようにパルス数Ｋｐと出力周波数ｆｏ［Ｈｚ］との乗算から求める。
【0065】
【数2】
【0066】
例えば、出力周波数が６００Ｈｚのときにはキャリア周波数は５４００Ｈｚ（＝９×６００）となる。
【実施例1】
【0067】
出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期しているかは、キャリア信号に同期した周期的なタイミングで出力電圧指令の位相をサンプリングすることで判断することができる。
【0068】
図４に、パルス数Ｋｐが９個の同期ＰＷＭ制御であるときに、キャリア信号に同期した出力電圧指令の位相のサンプリングを示す。図中のθｖは、出力電圧指令の位相である。図４の例では、キャリア信号である三角波の谷でサンプリングしているが、三角波の山や０点などサンプリングタイミングは適宜変更してもよい。
【0069】
キャリア信号の１周期に１回サンプリングするように設定する場合は、同期ＰＷＭ制御のパルス数が９個の場合には図４のように出力電圧指令の１周期の間にサンプリングは９回行われる。９個のサンプリングされた位相を識別するために添え字に０～８の数字を付与している。
【0070】
出力電圧指令とキャリア信号の位相同期の定義はいくつか考えられるが、今回は図４のように出力電圧指令の位相０ｄｅｇとキャリア信号である三角波の山から谷に遷移する間の０点が一致する状態を位相同期の定義とする。
【0071】
出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期している場合には、出力電圧指令のサンプリングされた位相θｖ０～θｖ８は一意に決まる。同期ＰＷＭ制御のパルス数Ｋｐのときのθｖ０の同期位相θ’ｖ０は次の（３）式のようになる。
【0072】
【数3】
【0073】
その他のθｖ１～θｖ８の同期位相も求めることができるが、同期ＰＷＭ制御のどのパルス数においても必ずθｖ０は存在するため(例えば、パルス数１５個のときにはθｖ０～θｖ１４が存在するが、パルス数９個のときにはθｖ０～θｖ８となり、θｖ９以降は存在しない)、（３）式から求めることができる同期位相θ’ｖ０を基準とし、この同期位相θ’ｖ０と実際のθｖ０（検出位相）の誤差によって位相の同期状態を判断することとする。
【0074】
例えば、パルス数が９個のときは（３）式より同期位相θ’ｖ０は１０ｄｅｇである。実際のθｖ０も１０ｄｅｇであれば位相誤差がなく同期しているが、θｖ０が１５ｄｅｇとなっている場合は同期状態から＋５ｄｅｇの位相誤差があることになる。
【0075】
本発明の位相補正法では、この定義している同期状態からの位相誤差がある閾値を超えた場合にキャリア周波数を（２）式の出力周波数の整数倍の値から、位相補正用のキャリア周波数に変更する。位相補正を実施する条件となる位相誤差の閾値は、例えば±５ｄｅｇなどのように与える。
【0076】
位相補正用のキャリア周波数ｆcθは、次の（４）式のように演算する。
【0077】
【数4】
【0078】
ただし、θｅｒｒは同期位相θ’ｖ０と実際の位相θｖ０の差であり、次の（５）式で求められる。
【0079】
【数5】
【0080】
位相補正用キャリア周波数ｆcθは、キャリア信号のＫｐ周期後には、再び(２)式で演算されるキャリア周波数ｆｃに戻す。
【0081】
例えば、出力周波数６００Ｈｚ、同期ＰＷＭ制御のパルス数９個のときのキャリア周波数は、平常時には(２)式から演算される５４００Ｈｚ(＝９×６００)とする。運転中に位相誤差θｅｒｒが＋５degとなった場合には、(４)式から演算される位相補正用のキャリア周波数である約５４７６Ｈｚに変更する。変更してからキャリア信号の９周期後には、再びキャリア周波数を５４００Ｈｚに戻す。
【0082】
【0083】
図５の、同期ＰＷＭ制御のキャリア周波数ｆｃで運転中において、出力電圧指令の位相θｖが０ｄｅｇである時刻ｔ１とキャリア信号の山から谷に遷移する間の０点となる時刻ｔ２が一致せず、位相誤差が存在する。そしてその位相誤差が位相補正を実施する閾値を超えていた場合は時刻ｔ３において、キャリア周波数ｆｃを(４)式から演算される位相補正用のキャリア周波数ｆcθに変更する。変更してからキャリア信号が９周期後の時刻ｔ５において、(２)式から演算されるキャリア周波数ｆｃに戻す。このとき、時刻ｔ４に示すように位相誤差はほぼ消失しており、出力電圧指令とキャリア信号の位相が同期した状態に補正される。
【0084】
図５の位相補正法を実現するために実施例１の位相補正装置は、次に説明する位相誤差検出部、第１のキャリア周波数演算部、キャリア周波数設定部を備える。
【0085】
前記位相誤差検出部は、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器１の出力電圧指令の位相（サンプリングにより取得した検出位相θｖ０）と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相に対応する（３）式で演算された同期位相θ’ｖ０との誤差を検出する。
【0086】
前記第１のキャリア周波数演算部は、前記検出した位相誤差（θｖ０とθ’ｖ０の誤差）が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを（４）式によって演算する。
【0087】
前記キャリア周波数設定部は、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数（（２）式のｆｃ）を設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間（Ｋｐ期間）前記第１の位相補正用キャリア周波数（（４）式のｆcθ）に設定変更する。
【0088】
次に実施例１の位相補正装置が、電力変換器１の運転中に行うキャリア周波数設定のフローチャートを図６とともに説明する。図６においてまずステップＳ１では出力周波数によって、非同期ＰＷＭ制御による運転か、同期ＰＷＭ制御による運転かの判断を行う。非同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＮｏの場合）はステップＳ２において非同期ＰＷＭ制御キャリア周波数ｆ’ｃに設定する。
【0089】
同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＹｅｓの場合）には、平常時にはステップＳ３において(２)式で演算される出力周波数の整数倍（ｆｃ）をキャリア周波数として設定する。
【0090】
次にステップＳ４において、位相誤差補正中ではないか否かを判定し、位相誤差補正中ではない場合はステップＳ５において、同期状態を判断するために出力電圧指令の位相θｖ０をサンプリングにより取得する（検出位相θｖ０）。
【0091】
次にステップＳ６では、前記検出位相θｖ０と（３）式で演算した同期位相θ’ｖ０）の位相誤差が閾値を超過しているか否かを判定する。ステップＳ６の判定結果が「超過している」場合はステップＳ７において、（４）式を演算して第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを求め、ステップＳ８において、キャリア周波数を第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθに設定変更する。
【0092】
前記ステップＳ４の判定処理において位相誤差補正中であると判定された場合は、ステップＳ９において位相補正開始からＫｐ周期未満か否かを判定する。
【0093】
ステップＳ９の判定結果がＫｐ周期未満である間は、ステップＳ８の実行により第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθのままの設定とし、Ｋｐ周期が経過したら（ステップＳ９の判定結果がＮｏとなったら）ステップＳ１０において、再び（２）式で演算されるキャリア周波数ｆcに設定する。
【0094】
このように位相補正を実施することで、同期ＰＷＭ制御で運転中に出力電圧指令とキャリア信号の位相誤差が生じた場合においてもキャリア周波数を一時的に変更することで位相の同期状態が保たれる。
【0095】
本発明が適用される図２は、モータ３を負荷とする電力変換器１、すなわち三相インバータ（ＤＣ／ＡＣ変換器）での構成例である。ただし、本発明はこれに限らず、モータ以外の負荷にも適用できるし、単相インバータに適用してもよい。すなわち、キャリア周波数を備える電力変換器全般に適用できる発明である。
【実施例2】
【0096】
スイッチング時に発生するスイッチング素子の損失と温度上昇と、キャリア信号を生成する制御回路の演算速度等の関係で、キャリア周波数には上限がある。実施例１のように、(４)式によって第１の位相補正用のキャリア周波数ｆcθを演算した際に、出力周波数や位相誤差の条件によって電力変換器によって制限されているキャリア周波数の上限を超えてしまう可能性がある。前述したように対象とする電力変換器のキャリア周波数の上限を８０００Ｈｚとする。出力周波数８８０Ｈｚ(同期ＰＷＭ制御のパルス数は９個)、位相誤差＋５ｄｅｇとして(４)式を演算すると、位相補正用のキャリア周波数は約８０３１Ｈｚとなり、上限を超えてしまう。
【0097】
そこで、実施例２では電力変換器のキャリア周波数の上限超過を回避し位相を補正する。すなわち、(４)式の演算結果がキャリア周波数の上限を超えた場合には、位相補正用のキャリア周波数を次の（６）式にて演算し直す。
【0098】
【数6】
【0099】
位相誤差θｅｒｒについては(４)式と同様に前記(５)式によって求める。
【0100】
出力周波数８８０Ｈｚ、位相誤差＋５ｄｅｇとして(６)式により位相補正用のキャリア周波数を演算すると約７１３９Ｈｚとなり、電力変換器のキャリア周波数の上限８０００Ｈｚを超えない。キャリア信号の（Ｋｐ－１）周期後には(２)式で演算されるキャリア周波数に戻す。位相補正用キャリア周波数から出力周波数の整数倍である元のキャリア周波数に戻すタイミングが、(４)式を適用している場合はキャリア信号のＫｐ周期後、(６)式を適用している場合はキャリア信号の(Ｋｐ－１)周期後のように異なるので、どちらの方程式から求めたキャリア周波数によって位相補正を行っているか判断するための判別フラグなどを用意する必要がある。
【0101】
上記の位相補正法を実現するために実施例２の位相補正装置は、次に説明する位相誤差検出部、第１のキャリア周波数演算部、第２のキャリア周波数演算部、キャリア周波数設定部を備える。
【0102】
前記位相誤差検出部は、実施例１と同様に、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器１の出力電圧指令の位相（サンプリングにより取得した検出位相θｖ０）と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相に対応する（３）式で演算された同期位相θ’ｖ０との誤差を検出する。
【0103】
前記第１のキャリア周波数演算部は、前記検出した位相誤差（θｖ０とθ’ｖ０の誤差）が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを（４）式によって演算する。
【0104】
前記第２のキャリア周波数演算部は、前記（４）式により演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器１のキャリア周波数の上限を超えているか否かを判定し、上限を超えている場合に、前記位相誤差を補正する、電力変換器のキャリア周波数の上限を超えない第２の位相補正用キャリア周波数（（６）式のｆcθ）を演算する。
【0105】
前記キャリア周波数設定部は、前記第１の位相補正用キャリア周波数（（４）式のｆcθ）が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えていない場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間（Ｋｐ周期）前記第１の位相補正用キャリア周波数（（４）式のｆcθ）に設定変更し、前記第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器のキャリア周波数の上限を超えている場合は前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間（Ｋｐ－１周期）前記第２の位相補正用キャリア周波数（（６）式のｆcθ）に設定変更する。
【0106】
次に実施例２の位相補正装置が、電力変換器１の運転中に行うキャリア周波数設定のフローチャートを図７とともに説明する。図７においてステップＳ１～Ｓ７は図６のステップＳ１～Ｓ７と同様の処理が実行される。すなわち、まずステップＳ１では出力周波数によって、非同期ＰＷＭ制御による運転か、同期ＰＷＭ制御による運転かの判断を行う。非同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＮｏの場合）はステップＳ２において非同期ＰＷＭ制御キャリア周波数ｆ’ｃに設定する。
【0107】
同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＹｅｓの場合）には、平常時にはステップＳ３において(２)式で演算される出力周波数の整数倍（ｆｃ）をキャリア周波数として設定する。
【0108】
次にステップＳ４において、位相誤差補正中ではないか否かを判定し、位相誤差補正中ではない場合はステップＳ５において、同期状態を判断するために出力電圧指令の位相θｖ０をサンプリングにより取得する（検出位相θｖ０）。
【0109】
次にステップＳ６では、前記検出位相θｖ０と（３）式で演算した同期位相θ’ｖ０）の位相誤差が閾値を超過しているか否かを判定する。ステップＳ６の判定結果が「超過している」場合はステップＳ７において、（４）式を演算して第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを求める。
【0110】
次にステップＳ２１において、ステップＳ７で演算された第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器の上限キャリア周波数を超えているか否かを判定する。ステップＳ２１の判定結果がＹｅｓの場合はステップＳ２２において、前記（６）式の第２の位相補正用キャリア周波数（ｆcθ）を演算し、ステップＳ２３において（６）式で演算された第２の位相補正用キャリア周波数（ｆcθ）が設定される。
【0111】
尚、ステップＳ２１の判定結果がＮｏである場合（第１の位相補正用キャリア周波数が電力変換器の上限キャリア周波数を超えていない場合）は、ステップＳ２３において第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθが設定される。
【0112】
前記ステップＳ４の判定結果がＮｏである場合（位相誤差補正中である場合）は、ステップＳ２４において位相誤差補正開始からＫｐ又はＫｐ－１周期未満であるか否かが判定される。
【0113】
このステップＳ２４では、（４）式の第１の位相補正用キャリア周波数か、又は（６）式の第２の位相補正用キャリア周波数を適用して位相補正を行っているのかを判断する判別フラグが用意されており、（４）式による位相補正が行われている場合はＫｐ周期未満か否かを判定し、（６）式による位相補正が行われている場合はＫｐ－１周期未満か否かを判定する。
【0114】
ステップＳ２４の判定結果が、Ｙｅｓの場合はステップＳ２３へ戻り、Ｎｏの場合（Ｋｐ又はＫｐ－１周期が経過した場合）はステップＳ２５において、再び（２）式で演算されるキャリア周波数ｆcに設定する。
【0115】
実施例１のように(４)式の演算結果が電力変換器のキャリア周波数の上限を超過した場合に、例えばその上限によってキャリア周波数は制限されたとすれば位相補正が正確に行われないことになる。実施例２ではキャリア周波数の上限を超過しない第２の位相補正用のキャリア周波数が設定されるため、位相補正が正確に行われることになる。
【実施例3】
【0116】
実施例１において、第１の位相補正用のキャリア周波数ｆcθに変更する条件は位相誤差±５ｄｅｇを閾値としているが、例えば出力周波数が変動した際には大きな位相誤差が発生する可能性がある。このような場合、(２)式で演算される出力周波数の整数倍となるキャリア周波数（ｆc）と(４)式で演算される第１の位相補正用のキャリア周波数（ｆcθ）には大きな差がある。キャリア周波数の変化幅が大きい場合には、そのキャリア周波数の切替時に過大な電流(電流ショック)が流れてしまう。
【0117】
そこで、実施例３はキャリア周波数の変化幅に制限を設け、電流ショックを抑制しながら位相を補正する。(２)式の演算結果であるキャリア周波数ｆcと(４)式の演算結果である第１の位相補正用のキャリア周波数ｆcθの差が、ある閾値ｆｌｉｍ（変化幅制限値）［Ｈｚ］よりも大きい場合には、変化幅をｆｌｉｍに制限するため、次の（７）式のキャリア周波数ｆ’ｃθ（第３の位相補正用キャリア周波数）に設定する。
【0118】
【数7】
【0119】
ただし、(７)式のｆｃ＿ｚは、現在設定されているキャリア周波数である。(７)式の変化幅制限値ｆｌｉｍを加算するか減算するかはｆｃ＿ｚと(４)式の演算結果である第１の位相補正用のキャリア周波数ｆｃθの大小関係によって、次の（８）式のように決定される。
【0120】
【数8】
【0121】
例えば、変化幅制限値ｆｌｉｍ＝５００Ｈｚとする。(２)式から演算されるキャリア周波数２７００Ｈｚで運転しているときに、(４)式から演算される第１の位相補正用キャリア周波数が３６００Ｈｚだったとする。２７００Ｈｚと３６００Ｈｚの差は９００Ｈｚであり、変化幅の制限値５００Ｈｚを超えている。その場合は、キャリア周波数を(７)式により演算される３２００Ｈｚ(＝２７００＋５００)に変更する。
【0122】
キャリア信号のＫｐ周期後には(２)式により演算されるキャリア周波数ｆｃに戻す。このとき、まだ出力電圧指令値とキャリア信号の位相誤差が閾値±５ｄｅｇを超えているようであれば、(４)式により第１の位相補正用のキャリア周波数を演算する。この際にもキャリア周波数の変化幅が変化幅制限値である５００Ｈｚを超えていないかの判断を実施する。以降、これを位相誤差が閾値以下となるような位相補正がなされるまで繰り返す。
【0123】
上記の位相補正を実現するために実施例３の位相補正装置は、次に説明する位相誤差検出部、第１のキャリア周波数演算部、第３のキャリア周波数演算部、キャリア周波数設定部を備える。
【0124】
前記位相誤差検出部は、実施例１と同様に、同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器１の出力電圧指令の位相（サンプリングにより取得した検出位相θｖ０）と、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数のキャリア信号の位相に対応する（３）式で演算された同期位相θ’ｖ０との誤差を検出する。
【0125】
前記第１のキャリア周波数演算部は、前記検出した位相誤差（θｖ０とθ’ｖ０の誤差）が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを（４）式によって演算する。
【0126】
前記第３のキャリア周波数演算部は、前記（４）式により演算された第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθと前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数ｆｃ＿ｚとの差が、設定した変化幅制限値ｆｌｉｍを超えているか否かを判定し、変化幅制限値を超えている場合は、キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数に前記変化幅制限値ｆｌｉｍを加算又は減算して第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’cθを演算し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えているが、第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθと前記キャリア周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値ｆｌｉｍを超えていないときは、キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間（Ｋｐ周期）第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθに設定変更し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えており、且つ第１の位相補正用キャリア周波数と前記周波数設定部に設定されているキャリア周波数との差が前記変化幅制限値ｆｌｉｍを超えているときは、キャリア信号のキャリア周波数を設定した期間第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’cθに設定変更する。
【0127】
次に実施例３の位相補正装置が、電力変換器１の運転中に行うキャリア周波数設定のフローチャートを図８とともに説明する。図８においてステップＳ１～Ｓ７は図６のステップＳ１～Ｓ７と同様の処理が実行される。すなわち、まずステップＳ１では出力周波数によって、非同期ＰＷＭ制御による運転か、同期ＰＷＭ制御による運転かの判断を行う。非同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＮｏの場合）はステップＳ２において非同期ＰＷＭ制御キャリア周波数ｆ’ｃに設定する。
【0128】
同期ＰＷＭ制御で運転する場合（ステップＳ１の判定結果がＹｅｓの場合）には、平常時にはステップＳ３において(２)式で演算される出力周波数の整数倍（ｆｃ）をキャリア周波数として設定する。
【0129】
次にステップＳ４において、位相誤差補正中ではないか否かを判定し、位相誤差補正中ではない場合はステップＳ５において、同期状態を判断するために出力電圧指令の位相θｖ０をサンプリングにより取得する（検出位相θｖ０）。
【0130】
次にステップＳ６では、前記検出位相θｖ０と（３）式で演算した同期位相θ’ｖ０）の位相誤差が閾値を超過しているか否かを判定する。ステップＳ６の判定結果が「超過している」場合はステップＳ７において、（４）式を演算して第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを求める。
【0131】
次にステップＳ３１において、現設定のキャリア周波数ｆｃ＿ｚと第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθの差が、変化幅制限値ｆｌｉｍを超過しているか否かを判定する。
【0132】
ステップＳ３１の判定結果が超過している場合はステップＳ３２において、現設定のキャリア周波数ｆｃ＿ｚに変化幅制限値ｆｌｉｍを加算又は減算した第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’cθ（（７）式、（８）式）を演算し、ステップＳ３３において現設定のキャリア周波数を保管（ｆｃ＿ｚに代入）する。
【0133】
前記ステップＳ４の判定結果がＮｏである場合（位相誤差補正中である場合）は、ステップＳ３４において位相補正開始からＫｐ周期未満か否かが判定される。ステップＳ３４の判定結果がＹｅｓの場合と、前記ステップＳ３１の判定結果がＮｏの場合（ｆｃ＿ｚとｆcθの差がｆｌｉｍを超えていない場合）は、ステップＳ３５において第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθ又は第３の位相補正用キャリア周波数ｆ’cθが設定された後、ステップＳ３３において現設定のキャリア周波数として保管される。
【0134】
前記ステップＳ３４の判定結果がＮｏである場合（Ｋｐ周期が経過した場合）はステップＳ３６において、再び（２）式で演算されるキャリア周波数ｆcに設定する。
【0135】
実施例１のように(４)式の演算結果が現在設定されているキャリア周波数と大きく差がある場合には、電流ショックが発生してしまう可能性がある。実施例３では、キャリア周波数の変化幅に制限を設けることで電流ショックを抑制しながら位相補正を行える。
【符号の説明】
【0136】
１…電力変換器
２…ＰＷＭ制御器
３…モータ
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…電流センサ
５…ｕｖｗ／ｄｑ変換器
６Ｄ、６Q…減算器
７…電流制御器
８…ｄｑ／ｕｖｗ変換器
２…ＰＷＭ制御器
３…モータ
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…電流センサ
５…ｕｖｗ／ｄｑ変換器
６Ｄ、６Q…減算器
７…電流制御器
８…ｄｑ／ｕｖｗ変換器
【要約】
【課題】同期ＰＷＭ制御による運転中に、出力電圧指令とキャリア周波数の位相誤差を解消し同期状態を保つことができる位相補正装置を提供する。
【解決手段】同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相θＶと、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆＣのキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算する第１のキャリア周波数演算部と、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆＣを設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθに設定変更し、出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数Ｋｐ周期経過後に、再び前記キャリア周波数ｆＣに戻す。
【選択図】 図５
【解決手段】同期ＰＷＭ制御により運転中の電力変換器の出力電圧指令の位相θＶと、同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆＣのキャリア信号の位相との誤差を検出する位相誤差検出部と、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えたときに、当該位相誤差を補正する第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθを演算する第１のキャリア周波数演算部と、同期ＰＷＭ制御による運転中は同期ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数ｆＣを設定し、前記検出した位相誤差が設定した閾値を超えた場合に、前記キャリア信号のキャリア周波数を、設定した期間前記第１の位相補正用キャリア周波数ｆcθに設定変更し、出力電圧指令の１周期あたりのキャリア信号のパルス数Ｋｐ周期経過後に、再び前記キャリア周波数ｆＣに戻す。
【選択図】 図５
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】