特許 7578001 電力変換回路の制御装置および電力変換回路の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】電力変換回路の制御装置および電力変換回路の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021002054

(22)【出願日】2021-01-08

(65)【公開番号】P2022107230

(43)【公開日】2022-07-21

【審査請求日】2023-08-30

(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】大井 一伸

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１５３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２００７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１４８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７９１４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－１０７３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６９７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３００７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８２６６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

Ｈ０２Ｐ ４／００ － ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、
三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値が入力され、第１設定値の範囲となるよう制限したものを、前記高調波として出力する第１リミッタと、
三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、
を備え、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定されたことを特徴とする電力変換回路の制御装置。

【請求項2】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、
三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値が入力され、第１設定値の範囲となるよう制限して出力する第１リミッタと、
前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算する第２減算器と、
前記差分に第１ゲインＧ１（ここで、０＜Ｇ１＜１）を乗算する第１乗算器と、
前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算して前記高調波として出力する加算器と、
三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、
を備え、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記第１ゲインＧ１の影響による変動も含めて前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定されたことを特徴とする電力変換回路の制御装置。

【請求項3】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、
三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値が入力され、第１設定値の範囲となるよう制限して出力する第１リミッタと、
前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算する第２減算器と、
前記差分に第１ゲインＧ１（ここで、０＜Ｇ１＜１）を乗算する第１乗算器と、
前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算する加算器と、
前記加算器の出力を第２設定値の範囲となるように制限して前記高調波として出力する第２リミッタと、
三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、
を備え、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記第１ゲインＧ１および前記第２リミッタの影響による変動も含めて前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定され、
前記第２設定値の絶対値が、前記第１設定値の絶対値よりも大きく、かつ、０．２８９より小さく設定されたことを特徴とする電力変換回路の制御装置。

【請求項4】

前記高調波に第２ゲインＧ２（ここで、０＜Ｇ２＜１）を乗算する第２乗算器を備え、
前記第１設定値は、さらに、前記第２ゲインＧ２を１とした場合に、前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍とするように設定され、
前記第１減算器は、三相の前記相電圧指令値から第２ゲイン乗算後の前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力することを特徴とする請求項１～３のうち何れかに記載の電力変換回路の制御装置。

【請求項5】

前記第１ゲインＧ１の値を、前記高調波の傾き変更点における傾きの変化が均等になるよう設定したことを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換回路の制御装置。

【請求項6】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御方法であって、
第１リミッタが、入力された三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を、第１設定値の範囲となるように制限したものを、前記高調波として出力し、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定され、
第１減算器が、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力することを特徴とする電力変換回路の制御方法。

【請求項7】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御方法であって、
第１リミッタが、入力された三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を、第１設定値の範囲となるように制限し、
第２減算器が、前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算し、
第１乗算器が、前記差分に第１ゲインＧ１（ここで、０＜Ｇ１＜１）を乗算し、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記第１ゲインＧ１による変動も含めて前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定され、
加算器が、前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算して前記高調波として出力し、
第１減算器が、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力することを特徴とする電力変換回路の制御方法。

【請求項8】

三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御方法であって、
第１リミッタが、入力された三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を、第１設定値の範囲となるように制限し、
第２減算器が、前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算し、
第１乗算器が、前記差分に第１ゲインＧ１（ここで、０＜Ｇ１＜１）を乗算し、
加算器が、前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算し、
第２リミッタが、入力された前記加算器の出力を、第２設定値の範囲となるように制限して前記高調波として出力し、
前記第１設定値が、前記相電圧指令値に想定される最大振幅、または、最大直流電圧に基づき、前記第１ゲインＧ１及び前記第２リミッタの影響による変動も含めて前記相電圧指令値のピークを出力相電圧振幅の√３／２倍となるよう設定され、
前記第２設定値の絶対値が、前記第１設定値の絶対値より大きく、かつ、０．２８９より小さく設定され、
第１減算器が、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力することを特徴とする電力変換回路の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三相の電力変換回路（以下、インバータと称する）の制御装置において、出力相電圧指令値に３次高調波を重畳することで電圧指令値のピークを下げ、より大きな振幅かつ重畳した３次高調波の影響を受けない線間電圧を出力する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

図１１に本願発明を適用する３相のインバータの回路図を示す。直流電源Ｖｄｃの一端と他端との間に、スイッチングデバイスＳＵ，ＳＸが直列接続される。また、直流電源Ｖｄｃの一端と他端との間に、スイッチングデバイスＳＶ，ＳＹが直列接続される。さらに、直流電源Ｖｄｃの一端と他端との間に、スイッチングデバイスＳＷ，ＳＺが直列接続される。スイッチングデバイスＳＵ，ＳＸの接続点、スイッチングデバイスＳＶ，ＳＹの接続点、スイッチングデバイスＳＷ，ＳＺの接続点にはフィルタリアクトルＬがそれぞれ接続される。

【0003】

図１２は図１１の３相のインバータのゲート指令を出力する制御装置のブロック線図である。相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗは振幅が等しく１２０ｄｅｇずつ位相のずれた正弦波として与えられる場合や、電流フィードバック制御や電圧フィードバック制御により与えられる場合などがある。

【0004】

３次高調波重畳部１は、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを入力し、補正相電圧指令値を出力する。本願発明の技術はこの３次高調波重畳部１に適用するものである。

【0005】

ＰＷＭ変調器２は、キャリア三角波と補正相電圧指令値を入力し、デッドタイムを付与してゲート信号ＧＵ，ＧＸ，ＧＶ，ＧＹ，ＧＷ，ＧＺをスイッチングデバイスＳＵ，ＳＸ，ＳＶ，ＳＹ，ＳＷ，ＳＺに出力する。

【0006】

相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが振幅１の各相１２０ｄｅｇずつずれた平衡な正弦波の場合、通常出力できる相電圧振幅の最大値はＶｄｃ／２までである。しかし、３次高調波重畳技術を適用することにより、出力できる相電圧振幅の最大値をＶｄｃ／√３，線間電圧振幅の最大値をＶｄｃまで増加することができる。

【0007】

図１３に、非特許文献１で開示されている３次高調波の重畳技術を示す。上段は三相のインバータの相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの波形で、振幅１の各相１２０ｄｅｇずつずれた平衡な正弦波を想定している。下段は、上段の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに各相同じ３次高調波を加算した補正相電圧指令値ｖｕ３，ｖｖ３，ｖｗ３である。

【0008】

補正相電圧指令値ｖｕ３，ｖｖ３，ｖｗ３は歪むがその差分となる線間電圧は歪まない。一般的に負荷には相電圧ではなく線間電圧が印加されるため、負荷は３次高調波重畳の影響を受けない。さらに、３次高調波の重畳により相電圧指令値のピークが減少する。このため、同じ振幅の線間電圧を出力するならば、３次高調波重畳によりインバータの直流電圧を下げることができる。また、同じ直流電圧ならばより大きな振幅の線間電圧を出力できる。

【0009】

重畳すべき３次高調波の振幅を求める。対象となる重畳前の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを以下の（１）式のように定義する。ここで、Ｖは振幅、ωが角周波数、ｔは時間を示す。

【0010】

【数1】

【0011】

この相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに３次高調波を重畳した補正相電圧指令値ｖｕ３，ｖｖ３，ｖｗ３が以下の（２）式である。βは３次高調波の重畳量である。

【0012】

【数2】

【0013】

補正相電圧指令値ｖｕ３を以下の（３）式のように時間ｔで微分する。

【0014】

【数3】

【0015】

補正相電圧指令値ｖｕ３は、時間ｔが以下の（４）式を満たすときに極大となる。

【0016】

【数4】

【0017】

ただし、それぞれ０以上１以下を満たす必要があるため、β≦－１／９である。また、ｓｉｎωｔ＝０，すなわち時間ｔ＝０でもｖｕ３の傾きは零になるが、β＞－１／９において極大となり、β≦－１／９では極小となる。補正相電圧指令値ｖｕ３に以上の値を代入すると、以下の（５）式となる。

【0018】

【数5】

【0019】

これを重畳量βで微分すると、以下の（６）式となりβ＝－１／６で補正相電圧指令値ｖｕ３は極小となる。

【0020】

【数6】

【0021】

このときの位相はωｔ＝±３０ｄｅｇ、振幅は以下の（７）式となる。

【0022】

【数7】

【0023】

以上より、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅が１の時に３次高調波を１／６重畳すると相電圧指令値のピークを最小にでき、このとき相電圧指令値ピークは√３／２≒０．８６６となる。非特許文献１にも３次高調波の重畳量を１／６にすべきことが記載されている。これにより、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの振幅を最大２／√３までなら増加しても過変調にならず、出力できる相電圧振幅の最大値はＶｄｃ／√３になる。

【0024】

しかし、非特許文献１の方法は演算負荷が高いという問題がある。まず３次高調波の発生手段が必要となり、テーブルを作成するなどしなければならない。次に、重畳する３次高調波の位相は相電圧指令値の位相と同期させる必要がある。さらに、３次高調波の振幅を相電圧指令値の１／６にする必要がある。

【0025】

そのためＰＬＬや振幅の検出手段が必要となる。ＰＬＬの応答が早ければ不安定になる恐れがあり、遅ければ電圧急変に対応できない。振幅の検出も平方根は演算負荷が高く、電圧歪みの大きな系統に連系するインバータでは基本波成分の抽出に時間がかかり、電圧急変への対応が困難となる。

【0026】

これに対し、特許文献１の技術が開示されている。図１４上段に特許文献１にて重畳する高調波の波形を、図１４下段に特許文献１適用後の補正相電圧指令値の波形を示す。特許文献１も非特許文献１と同様に相電圧指令値のピークを減少させる効果がある。

【0027】

図１５に特許文献１にて高調波を重畳した補正相電圧指令値ｖｕ３ｍ，ｖｖ３ｍ，ｖｗ３ｍの演算ブロック（３次高調波重畳部１）を示す。特許文献１で行う演算は負荷が小さいもののみで構成されている。また、演算ブロックにはフィードバックやフィルタなど遅延要素がないため、電圧急変にも対応することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0028】

【文献】特開平３－１０７３７３号公報

【文献】特開２００１－６９７６２号公報

【文献】特開２００７－３００７６８号公報

【文献】特開２０１６－８２６６１号公報

【非特許文献】

【0029】

【文献】電気学会・センサレスベクトル制御の整理に関する調査専門委員会：「ＡＣドライブシステムのセンサレスベクトル制御」，オーム社，ｐｐ．５４、２０１６年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0030】

特許文献１で高調波が重畳された後の相電圧指令値を定量的に評価する。対象となる重畳前の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを以下の（１）式ように定義する。

【0031】

【数1】

【0032】

特許文献１の技術で重畳する高調波ｖＭは以下の（８）式で表される。

【0033】

【数8】

【0034】

図１４の波形より、高調波ｖＭは６０ｄｅｇの整数倍でピークとなり、このとき±１／４である。非特許文献１では３次高調波の振幅は１／６、ピークも１／６であり特許文献１では１．５倍に増加する。

【0035】

高調波が重畳されたＵ相の補正相電圧指令値ｖｕ３ｍは以下の（９）式で表される。

【0036】

【数9】

【0037】

まず、特許文献１の効果を確認する。図１４の波形より、補正相電圧指令値ｖｕ３ｍは位相０ｄｅｇ～６０ｄｅｇの範囲で最大となることが明らかである。０ｄｅｇ～６０ｄｅｇの範囲で補正相電圧指令値ｖｕ３ｍを時間ｔで微分すると、以下の（１０）式となる。

【0038】

【数10】

【0039】

この（１０）式は位相３０ｄｅｇで零となる。よって、補正相電圧指令値ｖｕ３ｍは位相３０ｄｅｇで最大となり、振幅（補正相電圧指令値Ｖｕ３ｍのピークＶｕ３ｍｐｅａｋ）は、以下の（１１）式となる。

【0040】

【数11】

【0041】

このことから、特許文献１は非特許文献１と同様に相電圧指令値ピークを√３／２≒０．８６６にできることがわかる。

【0042】

次に、補正相電圧指令値ｖｕ３ｍの高調波を確認する。補正相電圧指令値ｖｕ３ｍをフーリエ級数展開すると、以下の（１２）式となる。

【0043】

【数12】

【0044】

ａｎは、ｎ＝１または３の奇数倍である値を持つ。（１２）式のｎ＝６ｍ＋３、ｎ≠６ｍ＋３のｍは零または自然数、非負整数である。表１にＶ＝１において非特許文献１、特許文献１、後述する実施形態１、２，３を適用したときの相電圧指令値に含まれる高調波の周波数成分を示す。特許文献１では、非特許文献１よりも３次高調波が大きく、また９次，１５次，２１次といった３の奇数倍の高調波が含まれることがわかる。

【0045】

【表1】

【0046】

以上確認したように、特許文献１の技術では重畳する高調波が非特許文献１のものよりも大きい。これにより、コモンモード電流が流れる経路が存在する回路では、特許文献１を適用すると非特許文献１よりも大きなコモンモード電流が流れ、部品の発熱増加、効率低下といった問題が生じる。また、スイッチング素子など大電流に対応した部品選定が必要となりコスト増加の要因となる。

【0047】

回路の例としては、特許文献２，３に示すようなフィルタがある。これは、インバータ直近にインピーダンスの小さい帰還経路を設け、インバータから流出するコモンモード電流を優先的に帰還経路に流し、装置の外部に流出するコモンモード電流を低減するものである。

【0048】

また、特許文献４に示すようなトランスレスＵＰＳの並列接続構成では、他の並列ＵＰＳにより循環経路が形成され、コモンモードの循環電流が流れる恐れがある。特に特許文献１と特許文献２のフィルタを併用する際は、フィルタの共振周波数が３の奇数倍の高調波にならないよう注意して設計する必要がある。特許文献１と特許文献３のフィルタを併用する場合、ある程度の高さの次数までの３の奇数倍の高調波をブロックする必要があり、必要なリアクトルやコンデンサが増加しコストや重量、サイズ増加の要因となる。

【0049】

以上示したようなことから、電力変換回路の制御装置において、簡単な演算で、重畳する３次高調波および９次・１５次・２１次など３次の奇数倍の高調波を低減することが課題となる。

【課題を解決するための手段】

【0050】

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を第１設定値に制限し、前記高調波として出力する第１リミッタと、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、を備えたことを特徴とする。

【0051】

また、他の態様として、三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を第１設定値に制限する第１リミッタと、前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算する第２減算器と、前記差分に第１ゲインを乗算する第１乗算器と、前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算して前記高調波として出力する加算器と、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、を備えたことを特徴とする。

【0052】

また、他の態様として、三相の相電圧指令値から高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいて三相の電力変換回路の制御を行う電力変換回路の制御装置であって、三相の前記相電圧指令値のうち最も大きい値と最も小さい値の平均値を第１設定値に制限する第１リミッタと、前記平均値と前記第１リミッタの出力との差分を演算する第２減算器と、前記差分に第１ゲインを乗算する第１乗算器と、前記第１リミッタの出力に前記第１乗算器の出力を加算する加算器と、前記加算器の出力を第２設定値に制限して前記高調波として出力する第２リミッタと、三相の前記相電圧指令値から前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力する第１減算器と、を備えたことを特徴とする。

【0053】

また、その一態様として、前記第１ゲインの値を０より大きく１未満としたことを特徴とする。

【0054】

また、その一態様として、前記第１ゲインの値を、前記高調波の傾き変更点における傾きの変化が均等になるよう設定したことを特徴とする。

【0055】

また、その一態様として、前記高調波に第２ゲインを乗算する第２乗算器を備え、前記第１減算器は、三相の前記相電圧指令値から第２ゲイン乗算後の前記高調波をそれぞれ減算して補正相電圧指令値として出力することを特徴とする。

【0056】

また、その一態様として、前記第２ゲインの値を０より大きく１未満としたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0057】

本発明によれば、電力変換回路の制御装置において、簡単な演算で、重畳する３次高調波および９次・１５次・２１次など３次の奇数倍の高調波を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】実施形態１の３次高調波重畳部を示すブロック図。

【図2】実施形態１の重畳する高調波と重畳後の補正相電圧指令値を示す図。

【図3】実施形態２の３次高調波重畳部を示すブロック図。

【図4】実施形態２の重畳する高調波と重畳後の補正相電圧指令値を示す図。

【図5】実施形態３の３次高調波重畳部を示すブロック図。

【図6】実施形態３の重畳する高調波と重畳後の補正相電圧指令値を示す図。

【図7】実施形態３の３次高調波重畳部の他例を示すブロック図。

【図8】実施形態４の３次高調波重畳部を示すブロック図。

【図9】非特許文献１における高調波の重畳量と相電圧指令のピークの関係を示す図。

【図10】特許文献１における高調波の重畳量と相電圧指令値のピークの関係を示す図。

【図11】３相のインバータの回路図。

【図12】３相のインバータの制御装置を示すブロック図。

【図13】非特許文献１の相電圧指令値と３次高調波重畳後の補正相電圧指令値を示す図。

【図14】特許文献１の高調波と高調波重畳後の補正相電圧指令値を示す図。

【図15】特許文献１の３次高調波重畳部を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0059】

以下、本願発明における電力変換回路の制御装置の実施形態１～４を図１～図１２に基づいて詳述する。

【0060】

［実施形態１］
本実施形態１の電力変換回路の主回路構成は、例えば、図１１に示すものである。また、制御装置は、例えば、図１２に示すものである。ただし、電力変換回路の主回路構成は三相の電力変換回路であれば他の構成でもよく、制御装置は相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗから高調波を減算した補正相電圧指令値に基づいてゲート信号を生成するものであれば他の構成でもよい。

【0061】

図１に本実施形態１における３次高調波重畳部１のブロック図を示す。本実施形態１は特許文献１で求めた高調波ｖＭにリミッタを適用し、新たに重畳する高調波ｖＭ１とする。

【0062】

最大値選択部３は、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの中から最も大きい値を選択して出力する。最小値選択部４は、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの中から最も小さい値を選択して出力する。

【0063】

加算器５は、最大値選択部３の出力と最小値選択部４の出力を加算する。乗算器６は、加算器５の出力に０．５を乗算して平均値を出力する。乗算器６の出力が特許文献１の高調波ｖＭである。

【0064】

本実施形態１では、第１リミッタ８において、高調波ｖＭを第１設定値に制限する。第１リミッタ８の出力が本実施形態１の高調波ｖＭ１となる。

【0065】

第１減算器７ｕ，７ｖ，７ｗは、相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗから高調波ｖＭ１をそれぞれ減算して、補正相電圧指令値ｖｕ３１，ｖｖ３１，ｖｗ３１として出力する。

【0066】

非特許文献１，特許文献１の効果は、両方とも振幅１の相電圧指令値のピークを√３／２に低減することである。この効果を得るためには、重畳する高調波のピークは±（１－√３／２）で十分である。そのため、本実施形態１では重畳する高調波にリミッタを設けた。

【0067】

図２に本実施形態１で重畳する高調波ｖＭ１と重畳後の補正相電圧指令値ｖＵ３１，ｖＶ３１，ｖＷ３１を示す。高調波ｖＭ１は三角波から台形波になり、特許文献１よりも正弦波に近づく。補正相電圧指令値ｖＵ３１，ｖＶ３１，ｖＷ３１のピークは増加せず、非特許文献１，特許文献１の効果を損なわずに得ることができる。

【0068】

第１リミッタ８の第１設定値について説明する。相電圧指令値の振幅が１ならば第１設定値を±（１－√３／２）≒±０．１３４以上に設定すると、相電圧指令値のピークを√３／２に低減することができる。相電圧指令値の振幅が１以下であれば第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に（１－√３／２）≒０．１３４をかけた値以上に設定すると相電圧指令値のピークを√３／２以下に低減することができる。

【0069】

振幅が２／√３ならば設定値は±（２／√３－１）≒±０．１５５以上となる。振幅が２／√３を超える場合は第１リミッタ８の第１設定値をどのように設定しても補正相電圧指令値ｖＵ３１，ｖＶ３１，ｖＷ３１のピークは１を越え過変調になり、非特許文献１，特許文献１でも過変調になるため、±０．１５５が第１リミッタ８の第１設定値の目安となる。

【0070】

最大直流電圧に余裕があり、最大振幅が小さければ第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を少し小さくしてもよい。相電圧指令値の歪みが大きい場合は、さらに少しだけ大きくすることも考えられる。ただし、特許文献１で重畳する高調波のピークは、振幅１の正弦波において±１／４、振幅２／√３の正弦波において±１／（２√３）≒±０．２８９である。第１リミッタ８の第１設定値が±０．２８９を超えると特許文献１と同等になり重畳する高調波を低減することはできない。そのため高調波を低減するためには、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を０．２８９以下にすればよい。

【0071】

相電圧指令値の最大振幅が既知で過変調を回避できればよい場合は、相電圧指令値の最大振幅がＶ（ただし２／√３≧Ｖ＞１）において、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値をＶ－１以上にすればよい。最大振幅が１以下ならば第１リミッタ８の第１設定値を０にしても、すなわち、本実施形態１の技術に限らず非特許文献１，特許文献１を適用しなくても過変調にはならない。最大振幅が２／√３の場合は、第１リミッタ８の第１設定値は先に述べた値と同じ±（２／√３－１）≒±０．１５５になる。

【0072】

以上を踏まえて、第１リミッタ８の第１設定値は例えば以下の（１）～（５）のように設定する。
（１）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値は、０よりも大きく、１／２√３≒０．２８９よりも小さい値とする。
（２）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅が１を超える場合は最大振幅から１を引いた値、最大振幅が１以下の場合は０を下限、１／（２√３）≒０．２８９を上限として、下限から上限までの間の値に設定する。
（３）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に（１－√３／２）≒０．１３４をかけた値以上０．１５５以下の値に設定する。
（４）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、０．１３４以上０．１５５以下に設定する。
（５）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、０．１５５に設定する。

【0073】

以上示したように、本実施形態１によれば、非特許文献１や特許文献１と同様、相電圧指令値ピークを√３／２倍に低減できる。また、演算負荷は特許文献１に対してはわずかな増加ですみ、非特許文献１に対しては小さい。

【0074】

また、表１に示すように、非特許文献１や特許文献１に比べ、相電圧指令値に重畳される３次高調波を低減できる。また、特許文献１に比べ、相電圧指令値に重畳される９次以降の高調波を低減できる。このように、特許文献１に比べ、相電圧指令値に重畳される高調波を低減できるため、インバータの出力するコモンモード電流を小さくでき、部品の発熱増加、効率低下といった問題を低減できる。

【0075】

さらに、特許文献１に比べ、３の奇数倍の高調波での共振が起こりにくくなる。

【0076】

また、本実施形態１は、後述する実施形態２，３に比べて演算負荷が小さく、調整要素は１つのみである。

【0077】

［実施形態２］
図３に本実施形態２における３次高調波重畳部１のブロック図を示す。実施形態１と同様の箇所は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0078】

第２減算器９は、平均値（特許文献１の高調波ｖＭ）と第１リミッタ８の出力との差分を演算する。第１乗算器１０は、第２減算器９の出力に第１ゲインＧ１をかける。加算器１１は、第１リミッタ８の出力と第１乗算器１０の出力を加算する。加算器１１の出力が、本実施形態２の高調波ｖＭ２となる。第１減算器７ｕ，７ｖ，７ｗは、三相の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗから、加算器１１の出力である高調波ＶＭ２をそれぞれ減算する。

【0079】

本実施形態２では、実施形態１の第１リミッタ８を超過した値ｖＭ－ｖＭ１に第１ゲインＧ１をかけ、高調波ｖＭ１に加算する。

【0080】

図４に本実施形態２で重畳する高調波ｖＭ２と重畳後の補正相電圧指令値ｖＵ３２，ｖＶ３２，ｖＷ３２を示す。高調波ｖＭ２は実施形態１の高調波ｖＭ１よりもさらに正弦波に近づく。本実施形態２においても重畳後の補正相電圧指令値ｖＵ３２，ｖＶ３２，ｖＷ３２のピークは増加しない。

【0081】

第１ゲインＧ１と第１リミッタ８の第１設定値を説明する。Ｇ１＝１の場合は重畳する高調波ｖＭ２は特許文献１の高調波ｖＭに等しくなり、Ｇ１＝０の場合はｖＭ２＝ｖＭ１で実施形態１と同じ動作となる。そのため、第１ゲインＧ１は０＜Ｇ１＜１の範囲で設定する。

【0082】

第１設定値の例として、特許文献１の高調波ｖＭを傾きの絶対値が一定の三角波と見なした場合、Ｇ１＝１／３とすれば高調波ｖＭ２の折れた点（傾きの変更点）における傾きの変化を均等にできる。Ｇ１＝１／３，第１リミッタ８の第１設定値をｄ２とした場合の補正相電圧指令値ｖｕ３２は以下の（１３）式で表される。

【0083】

【数13】

【0084】

これを時間ｔで微分すると、以下の（１４）式となる。

【0085】

【数14】

【0086】

補正相電圧指令値ｖｕ３２は以下の（１５）式を満たすときに極値をとる。

【0087】

【数15】

【0088】

補正相電圧指令値ｖｕ３２の極値は、先ほど求めたωｔを補正相電圧指令値ｖｕ３２に代入して以下の（１６）式のように求めることができる。

【0089】

【数16】

【0090】

ｄ２を求めると、以下の（１７）式となる。

【0091】

【数17】

【0092】

よって、相電圧指令値の最大振幅が１のときは第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を０．０９３以上とすれば、相電圧指令値のピークを√３／２にできる。相電圧指令値の振幅が１以下であれば第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に（√３１－３√３）／４≒０．０９３をかけた値以上に設定すると相電圧指令値のピークを√３／２以下に低減することができる。

【0093】

相電圧指令値の最大振幅が２／√３のときの第１リミッタ８の第１設定値の絶対値は０．１０７以上である。

【0094】

本実施形態２においてＧ１＝１／３の場合、０．１０７が第１リミッタ８の第１設定値の絶対値の最大の目安となる。最大振幅が小さければ第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を少し小さくしてもよく、歪みが大きい場合は余裕を見て実施形態１同様に０．１５５まで大きくするといった設定ができる。ただし、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値の上限は実施形態１同様０．２８９であり、これを超えると重畳する高調波は特許文献１に等しくなる。

【0095】

以上を踏まえて、第１ゲインＧ１は例えば以下の（１）～（３）のように設定する。
（１）第１ゲインＧ１の値を０より大きく１未満に設定する。
（２）第１ゲインＧ１の値を、重畳する高調波の傾き変更点における傾きの変化が均等になるよう設定する。
（３）第１ゲインＧ１の値を１／３に設定する。

【0096】

また、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を例えば以下の（１）～（４）のように設定する。
（１）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値は、実施形態１～４と同様に、０よりも大きく、１／２√３≒０．２８９よりも小さい値とする。
（２）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、実施形態１と同様に、相電圧指令値の最大振幅が１を超える場合は最大振幅から１を引いた値、最大振幅が１以下の場合は０を下限、１／（２√３）≒±０．２８９を上限として、下限から上限までの間の値に設定する。
（３）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に（√３１－３√３）／４≒０．０９３をかけた値以上０．１５５以下の間に設定する。
（４）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、０．０９３以上０．１０７以下に設定する。

【0097】

以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態２は、実施形態１と後述する実施形態３の中間の効果が得られる。

【0098】

［実施形態３］
図５に本実施形態３における３次高調波重畳部１のブロック図を示す。本実施形態３は、実施形態２にて重畳する高調波ｖＭ２に第２リミッタ１２を適用したものである。実施形態１、２と同様の箇所は同一の符号を付し、その説明は省略する。

【0099】

第２リミッタ１２は、加算器１１の出力を第２設定値に制限して高調波ｖＭ３として出力する。第１減算器７ｕ，７ｖ，７ｗは、三相の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗから第２リミッタ１２の出力である高調波ｖＭ３をそれぞれ減算する。

【0100】

図６に本実施形態３で重畳する高調波ｖＭ３と重畳後の補正相電圧指令値ｖＵ３３，ｖＶ３３，ｖＷ３３を示す。高調波ｖＭ３は実施形態２の高調波ｖＭ２よりもさらになめらかになる。実施形態３においても重畳後の補正相電圧指令値ｖＵ３３，ｖＶ３３，ｖＷ３３のピークは増加しない。

【0101】

第１ゲインＧ１と第１リミッタ８の第１設定値と第２リミッタ１２の第２設定値を説明する。高調波ｖＭ３を出力する第２リミッタ１２の第２設定値の絶対値は実施形態１と同じく０以上０．２８９以下の範囲で設定し、０．１５５が設定の目安である。

【0102】

第１ゲインＧ１は実施形態２と同じく０＜Ｇ１＜１の範囲で設定する。ただし、実施形態２とは異なりＧ１＝１／２とすることで高調波ｖＭ３の折れた点（傾き変更点）における傾きの変化を均等にできる。Ｇ１＝１／２において高調波ｖＭに適用する第１リミッタ８の第１設定値をｄ３とした場合の補正相電圧指令値ｖｕ３３は以下の（１８）式で表される。

【0103】

【数18】

【0104】

後は、実施形態２と同様にしてｄ３を求めることができる。極値をとる条件は以下の（１９）式となる。

【0105】

【数19】

【0106】

ｄ３を求めると、以下の（２０）式となる。

【0107】

【数20】

【0108】

よって、相電圧指令値の最大振幅が１のときは第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を０．０７０７以上とすれば、相電圧指令値のピークを√３／２にできる。相電圧指令値の振幅が１以下であれば第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に（√１３／２－√３）≒０．０７０７をかけた値以上に設定すると相電圧指令値のピークを√３／２以下に低減することができる。

【0109】

相電圧指令値の振幅が２／√３の場合、ｄ３≒０．０８１７となり、これが高調波ｖＭに適用する第１リミッタ８の第１設定値の目安である。ただし、高調波ｖＭに適用する第１リミッタ８の第１設定値の絶対値は、高調波ｖＭ３を出力する第２リミッタ１２の第２設定値の絶対値よりも小さくする必要がある。大きくすると、実施形態１と同じ高調波が出力される。

【0110】

以上を踏まえて、第２リミッタ１２の第２設定値は例えば以下の（１）、（２）のように設定する。
（１）第２リミッタ１２の設定値の絶対値を、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値より大きく１／（２√３）≒０．２８９より小さい値に設定する。
（２）第２リミッタ１２の第２設定値の絶対値を、第１リミッタ８の第１設定値の絶対値より大きく０．１５５以下の間の値に設定する。

【0111】

以上を踏まえて、第１ゲインＧ１は例えば以下の（１）～（３）のように設定する。
（１）第１ゲインＧ１の値を０より大きく１未満に設定する。
（２）第１ゲインＧ１の値を、重畳する高調波の傾き変更点における傾きの変化が均等になるよう設定する。
（３）第１ゲインＧ１の値を１／２に設定する。

【0112】

以上を踏まえて、第１リミッタ８の第１設定値は例えば以下の（１）～（４）のように設定する。
（１）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値は、実施形態１と同様に、０よりも大きく、１／２√３≒０．２８９よりも小さい値とする。
（２）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、実施形態１と同様に、相電圧指令値の最大振幅が１を超える場合は最大振幅から１を引いた値、最大振幅が１以下の場合は０を下限、１／（２√３）≒±０．２８９を上限として、下限から上限までの間の値に設定する。
（３）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、相電圧指令値の最大振幅に｛（√１３）／２－√３｝≒０．０７０７をかけた値以上０．１５５以下の間の絶対値に設定する。
（４）第１リミッタ８の第１設定値の絶対値を、０．０７０７以上０．０８１７以下に設定する。

【0113】

図７に傾き調整を多段にした３次高調波重畳部１のブロック図を示す。１段目の第１リミッタ８ａ、１段目の第２減算器９ａ、１段目の第１乗算器１０ａ、１段目の加算器１１ａの後段に、２段目の第１リミッタ８ｂ、２段目の第２減算器９ｂ、２段目の第１乗算器１０ｂ、２段目の加算器１１ｂが設けられている。２段目の加算器１１ｂの出力が第２リミッタ１２にかけられる。図７では、２段の構成を示しているが、３段以上の構成でもよい。

【0114】

図７に示すように傾き調整を多段に行うことにより、重畳する高調波はよりなめらかになり低減効果も高くなる。しかし、複雑な演算は使用しないが演算回数が多く負荷が高くなり、またリミッタやゲインといった調整要素も増加するため適用は難しくなる。

【0115】

以上示したように、本実施形態３によれば、実施形態１，２と同様の作用効果を奏する。また、実施形態３は、実施形態１，２に比べて重畳する高調波を小さくできる。調整要素は３つあるが、先に述べた値を目安として用いることができる。

【0116】

表１に各実施形態１～３を適用したときの相電圧指令値に含まれる高調波を示す。非特許文献１，特許文献１は数式から求めているが、実施形態１，２，３は数値計算結果である。計算条件として、相電圧指令値の振幅は１、実施形態１では第１リミッタ８の第１設定値を±０．１３４に設定した。実施形態２では第１リミッタ８の第１設定値を±０．０９３９に、Ｇ１＝１／３とした。実施形態３では第２リミッタ１２の第２設定値を±０．１３４に、第１リミッタ８の第１設定値を±０．０７０７に、Ｇ１＝１／２に設定した。どの実施形態においても３次高調波は非特許文献１よりも低減できている。

【0117】

９次以降の高調波は特許文献１同様ある程度重畳してしまうが、特許文献１よりも小さい。特に、９次高調波は実施形態２，３ならば特許文献１の半分以下である。基本的には実施形態１の高調波低減効果は小さく、実施形態３の方が高い効果を得られる。しかし、２１次高調波は各実施形態の中では実施形態２が最も大きいが、それでも特許文献１よりも小さい。逆に２７次高調波は実施形態２が非特許文献１に次いで最小である。

【0118】

［実施形態４］
図８に本実施形態４における３次高調波重畳部１のブロック図を示す。実施形態１～３と同様の箇所は同一の符号を付して、その説明は省略する。本実施形態４は、実施形態２にて重畳する高調波ｖＭ２に第２乗算器１３において、第２ゲインＧ２をかけたものである。第１減算器７ｕ，７ｖ，７ｗでは、三相の相電圧指令値ｖｕ，ｖｖ，ｖｗから第２乗算器１３の出力を減算する。

【0119】

本実施形態４の説明の前に、非特許文献１で重畳量を調整することを考える。重畳量βとピークＶＵ３ｐｅａｋの関係式は（５）式で求めている。図９にＶ＝１における重畳量βと補正相電圧指令値のピークＶＵ３ｐｅａｋの関係を示す。重畳量βが０～－１／９の範囲では重畳量βとピークＶＵ３ｐｅａｋの関係は線形であり、３次高調波を重畳すればするほど補正相電圧指令値のピークが小さくなる。β＝－１／９において、ＶＵ３ｐｅａｋは８／９である。

【0120】

しかし、これ以上の３次高調波を重畳してもＶＵ３ｐｅａｋの傾きは小さくなり、電圧指令値ピークの低減効果は小さくなる。β＝－１／６で補正相電圧指令値のピークは最小の√３／２≒０．８６６になるが、このとき補正相電圧指令値のピークＶＵ３ｐｅａｋの傾きは零である。そのため、重畳量βの絶対値を少し小さくすれば、その分重畳する高調波を小さくでき、かつ、補正相電圧指令値のピークＶＵ３ｐｅａｋの増加は非常に小さい。β＝－１／６とβ＝－１／９における補正相電圧指令値のピークＶＵ３ｐｅａｋの差は、わずか０．０２３である。

【0121】

特許文献１においても重畳量を調整することを考える。高調波ｖＭにゲインαをかけると以下の（２１）式となる。ただし、０≦α≦１である。

【0122】

【数21】

【0123】

これを時間ｔで微分すると、以下の（２２）式となる。

【0124】

【数22】

【0125】

ｖＵ３αは、ｔが以下の（２３）式を満たすときに極大となる。

【0126】

【数23】

【0127】

この式は、０≦α≦１において０≦ωｔ＜π／３を満たす。すなわち、極大点が位相０ｄｅｇ～６０ｄｅｇにあることを示している。ｖＵ３αに求めたｔを代入すると、以下の（２４）式となる。

【0128】

【数24】

【0129】

図１０にゲインαとピークＶＵ３αｐｅａｋの関係を示す。α＝１におけるＶＵ３αｐｅａｋの傾きは零であり、特許文献１においてもゲインαを少し小さくしてもＶＵ３αｐｅａｋへの影響は小さく、その分重畳する高調波を低減できる。例えば、非特許文献１のβ＝－１／９と同じ相電圧指令値ピークであるＶＵ３αｐｅａｋ＝８／９とする場合、α＝１－√１３／９≒０．５９９となる。

【0130】

以上の高調波重畳量を少し低減してもピークへの影響が小さいという点は、実施形態１～３においても同様と考えられる。そこで、本実施形態４では実施形態１～３で重畳する高調波ｖＭ１，ｖＭ２，ｖＭ３に第２ゲインＧ２をかけ、重畳量を調整する。

【0131】

第２ゲインＧ２の設定可能な範囲は０＜Ｇ２＜１であるが、第２ゲインＧ２は１に近い範囲で減少させることで相電圧指令値のピークをほとんど増加させることなく重畳する高調波を低減することができる。第２ゲインＧ２を零に近づけるほど、重畳する高調波の低減効果が小さく、相電圧指令値ピーク増加の悪影響が大きくなる。

【0132】

第２ゲインＧ２の目安としては、高調波重畳前の相電圧指令値ピークが２／√３に近い場合でも０．９～０．９５程度に設定、高調波重畳前の相電圧指令値ピークが１を少し超える程度であれば０．６程度に設定することが考えられる。

【0133】

図８では実施形態２の高調波ｖＭ２に第２ゲインＧ２をかけた例であるが、図１や図５に対しても同様に高調波ｖＭ１，高調波ｖＭ３に第２ゲインＧ２をかけ、本実施形態４を適用することができる。

【0134】

以上を踏まえて、第２ゲインＧ２は例えば以下の（１）、（２）のように設定する。
（１）第２ゲインＧ２の値を０より大きく１未満に設定する。
（２）第２ゲインＧ２の値を１－√１３／９≒０．５９９から１の範囲内に設定する。

【0135】

第１リミッタ８の第１設定値、第１ゲインＧ１、第２リミッタ１２の第２設定値は、実施形態１～３と同様である。

【0136】

以上示したように、本実施形態４によれば、相電圧指令値ピークは非特許文献１，特許文献１や実施形態１～３に比べてわずかに増加してしまうが、それ以上に相電圧指令値に重畳される高調波を低減できる。

【0137】

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

【符号の説明】

【0138】

１…３次高調波重畳部
２…ＰＷＭ変調器
３…最大値選択部
４…最小値選択部
５…加算器
６…乗算器
７ｕ，７ｖ，７ｗ…第１減算器
８…第１リミッタ
９…第２減算器
１０…第１乗算器
１１…加算器
１２…第２リミッタ
１３…第２乗算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】