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(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】2024-11-21
(45)【発行日】2024-11-29
(54)【発明の名称】電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器
(51)【国際特許分類】
H02P 27/06 20060101AFI20241122BHJP
【ＦＩ】
H02P27/06
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2023554218
(86)(22)【出願日】2021-10-22
(86)【国際出願番号】 JP2021039142
(87)【国際公開番号】W WO2023067810
(87)【国際公開日】2023-04-27
【審査請求日】2023-10-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】堤 翔英
(72)【発明者】
【氏名】豊留 慎也
(72)【発明者】
【氏名】畠山 和徳
【審査官】保田 亨介
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２３２５９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０５８１８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１２７５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３
２５／０４
２５／１０－２７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、前記整流部の出力端に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの両端に接続され、第２の交流電力を生成して負荷に含まれるモータに出力するインバータと、
前記インバータの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記モータの振動を低減する振動抑制制御、および前記コンデンサの出力電流である負荷電流を所望の値に近付けるように制御する負荷電流制御を行い、前記負荷電流制御として、前記負荷で発生する負荷トルクに対して、前記モータで発生するモータトルクの正負のピーク値の差の絶対値が小さく、かつ正のピークの位相が遅れ位相となるように前記インバータが出力する電圧を制御する、
電力変換装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記負荷電流制御として、前記モータで消費される瞬時電力の正負のピーク値の差の絶対値が小さくなるように前記インバータが出力する電圧を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、前記整流部の出力端に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの両端に接続され、第２の交流電力を生成して負荷に含まれるモータに出力するインバータと、
前記インバータの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記モータの振動を低減する振動抑制制御、および前記コンデンサの出力電流である負荷電流を所望の値に近付けるように制御する負荷電流制御を行い、前記負荷電流制御として、前記負荷電流の正側の波形および負側の波形が異なる状態を前記負荷電流の正側の波形および負側の波形が等しい状態にするため前記モータで消費される瞬時電力の正負のピーク値の差の絶対値が小さくなるように前記インバータが出力する電圧を制御する、
電力変換装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
【請求項5】
請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置を備える冷凍サイクル適用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、交流電力を所望の電力に変換する電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電動機の動作を制御する電動機制御装置などの装置は、シングルロータリ圧縮機、ツインロータリ圧縮機などを駆動する電動機の状態に応じて、トルクの脈動成分を適切に補償することで、騒音の原因となる振動の発生を抑制している。このような技術が特許文献１において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０２１／０５９３５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来の技術によれば、騒音、振動などの低減を目的にトルク脈動成分を補償するものであるが、電源周波数と非同期の周波数とで電動機のトルク脈動を発生させると、平滑コンデンサの充放電電流が電源電流の正側と負側とでアンバランス状態となり、偶数次高調波成分が増加してしまうおそれがある、という問題があった。
【0005】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、接続される負荷での振動の発生を抑制しつつ、高調波成分の発生を抑制可能な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電力変換装置は、商用電源から供給される第１の交流電力を整流する整流部と、整流部の出力端に接続されるコンデンサと、コンデンサの両端に接続され、第２の交流電力を生成して負荷に含まれるモータに出力するインバータと、インバータの動作を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、モータの振動を低減する振動抑制制御、およびコンデンサの出力電流である負荷電流を所望の値に近付けるように制御する負荷電流制御を行い、負荷電流制御として、負荷で発生する負荷トルクに対して、モータで発生するモータトルクの正負のピーク値の差の絶対値が小さく、かつ正のピークの位相が遅れ位相となるようにインバータが出力する電圧を制御する。
【発明の効果】
【0007】
本開示に係る電力変換装置は、接続される負荷での振動の発生を抑制しつつ、高調波成分の発生を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図
【図2】実施の形態１に係る電力変換装置が備えるインバータの構成例を示す図
【図3】実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御装置の構成例を示すブロック図
【図4】実施の形態１に係る制御装置が備える電圧指令値演算部の構成例を示すブロック図
【図5】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える負荷電流制御部の構成例を示すブロック図
【図6】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える振動抑制制御補償値演算部の構成例を示すブロック図
【図7】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える振動抑制制限制御部の構成例を示すブロック図
【図8】実施の形態１に係る振動抑制制限制御部が備える電源高調波規格値計算部の構成例を示すブロック図
【図9】実施の形態１に係る振動抑制制限制御部が備える次数成分演算部の構成例を示すブロック図
【図10】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える速度制御部および振動抑制制御部の構成例を示すブロック図
【図11】実施の形態１に係る電力変換装置において振動を抑制するための振動抑制制御を行った場合のモータトルク、負荷トルク、および負荷電流の各波形の例を示す図
【図12】実施の形態１に係る電力変換装置において電源高調波を抑制するための負荷電流制御を行った場合のモータトルク、負荷トルク、および負荷電流の各波形の例を示す図
【図13】実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御装置の動作を示すフローチャート
【図14】実施の形態１に係る電力変換装置が備える制御装置を実現するハードウェア構成の一例を示す図
【図15】実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本開示の実施の形態に係る電力変換装置、モータ駆動装置および冷凍サイクル適用機器を図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるインバータ３０の構成例を示す図である。電力変換装置２００は、商用電源１および圧縮機８に接続される。電力変換装置２００は、商用電源１から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換し、圧縮機８に供給する。電力変換装置２００は、リアクタ２と、整流部３と、平滑コンデンサ５と、インバータ３０と、母線電圧検出部１０と、負荷電流検出部４０と、制御装置１００と、を備える。なお、電力変換装置２００、および圧縮機８が備えるモータ７によって、モータ駆動装置４００を構成している。
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備えるインバータ３０の構成例を示す図である。電力変換装置２００は、商用電源１および圧縮機８に接続される。電力変換装置２００は、商用電源１から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換し、圧縮機８に供給する。電力変換装置２００は、リアクタ２と、整流部３と、平滑コンデンサ５と、インバータ３０と、母線電圧検出部１０と、負荷電流検出部４０と、制御装置１００と、を備える。なお、電力変換装置２００、および圧縮機８が備えるモータ７によって、モータ駆動装置４００を構成している。
【0011】
商用電源１は、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを想定しているがこれらに限定されない。また、商用電源１は、交流電力を出力できればよいので、分散電源などであってもよい。リアクタ２は、商用電源１と整流部３との間に接続される。リアクタ２は、電磁鋼板などを積層したＥＩ形状、ＥＥ形状などの形状のものであり、フェライト、アモルファスなどの鉄心を用いたものであり、巻線は銅、アルミなどである。整流部３は、整流素子１３１～１３４によって構成されるブリッジ回路を有し、商用電源１から供給される電源電圧Ｖｓの第１の交流電力を整流して出力する。整流部３は、全波整流を行うものである。整流素子１３１～１３４は、例えばダイオードであるが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワー半導体であってもよい。
【0012】
平滑コンデンサ５は、整流部３の出力端に接続され、整流部３によって整流された電力を平滑化する平滑素子である。平滑コンデンサ５は、例えば、電解コンデンサ、フィルムコンデンサなどのコンデンサである。平滑コンデンサ５は、整流部３によって整流された電力を平滑化するような容量を有し、平滑化により平滑コンデンサ５に発生する電圧は商用電源１の全波整流波形形状ではなく、直流成分に商用電源１の周波数に応じた電圧リプルが重畳した波形形状となり、大きく脈動しない。この電圧リプルの周波数は、商用電源１が単相の場合は電源電圧Ｖｓの周波数の２倍成分となり、商用電源１が三相の場合は６倍成分が主成分となる。商用電源１から入力される電力とインバータ３０から出力される電力が変化しない場合、この電圧リプルの振幅は平滑コンデンサ５の容量によって決まる。例えば、平滑コンデンサ５に発生する電圧リプルの最大値が最小値の２倍未満となるような範囲で脈動している。
【0013】
母線電圧検出部１０は、平滑コンデンサ５の両端電圧、すなわち直流母線１２ａ，１２ｂ間の電圧を母線電圧Ｖｄｃとして検出し、検出した電圧値を制御装置１００に出力する検出部である。負荷電流検出部４０は、平滑コンデンサ５からインバータ３０に流入される直流電流である負荷電流Ｉｄｃを検出し、検出した電流値を制御装置１００に出力する検出部である。
【0014】
インバータ３０は、平滑コンデンサ５の両端に接続され、整流部３および平滑コンデンサ５から出力される電力を所望の振幅および位相を有する第２の交流電力に変換、すなわち第２の交流電力を生成して、モータ７に出力する。具体的には、インバータ３０は、母線電圧Ｖｄｃを受けて、周波数および電圧値が可変の３相交流電圧を発生して、出力線３３１～３３３を介してモータ７に供給する。インバータ３０は、図２に示すように、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０と、を備える。インバータ主回路３１０の入力端子は、直流母線１２ａ，１２ｂに接続されている。インバータ主回路３１０は、スイッチング素子３１１～３１６を備える。スイッチング素子３１１～３１６の各々には、還流用の整流素子３２１～３２６が逆並列接続されている。
【0015】
駆動回路３５０は、制御装置１００から出力されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６によってスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。これにより、インバータ３０は、周波数可変かつ電圧可変の３相交流電圧を、出力線３３１～３３３を介してモータ７に供給することができる。
【0016】
ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、論理回路の信号レベル、すなわち０Ｖ～５Ｖの大きさを持つ信号である。ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、制御装置１００の接地電位を基準電位とする信号である。一方、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１～３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、－１５Ｖ～＋１５Ｖの大きさを持つ信号である。駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子３１１～３１６の負側の端子、すなわちエミッタ端子の電位を基準電位とする信号である。
【0017】
圧縮機８は、圧縮駆動用のモータ７を有する負荷である。モータ７は、インバータ３０から供給される第２の交流電力の振幅および位相に応じて回転し、圧縮動作を行う。例えば、圧縮機８が空気調和機などで使用される密閉型圧縮機の場合、圧縮機８の負荷トルクは定トルク負荷とみなせる場合が多い。モータ７について、図１ではモータ巻線がＹ結線の場合を示しているが、一例であり、これに限定されない。モータ７のモータ巻線は、Δ結線であってもよいし、Ｙ結線とΔ結線とが切り替え可能な仕様であってもよい。本実施の形態では、圧縮機８として、シングルロータリ圧縮機、スクロール圧縮機などを想定しているが、これらに限定されない。
【0018】
なお、電力変換装置２００において、図１に示す各構成の配置は一例であり、各構成の配置は図１で示される例に限定されない。例えば、リアクタ２は、整流部３の後段に配置されてもよい。また、電力変換装置２００は、昇圧部を備えてもよいし、整流部３に昇圧部の機能を持たせるようにしてもよい。以降の説明において、母線電圧検出部１０および負荷電流検出部４０をまとめて検出部と称することがある。また、母線電圧検出部１０で検出された電圧値、および負荷電流検出部４０で検出された電流値を、検出値と称することがある。
【0019】
制御装置１００は、母線電圧検出部１０から母線電圧Ｖｄｃを取得し、負荷電流検出部４０から負荷電流Ｉｄｃを取得する。制御装置１００は、各検出部によって検出された検出値を用いて、インバータ主回路３１０の動作、具体的には、インバータ主回路３１０が有するスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。本実施の形態において、制御装置１００は、電力変換装置２００で発生する電源高調波の発生を抑制するように、インバータ３０の動作を制御する。なお、制御装置１００は、各検出部から取得した全ての検出値を用いなくてもよく、一部の検出値を用いて制御を行ってもよい。
【0020】
制御装置１００の構成について説明する。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備える制御装置１００の構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、運転制御部１０２と、インバータ制御部１１０と、を備える。
【0021】
運転制御部１０２は、外部から指令情報Ｑｅを受け、指令情報Ｑｅに基づいて、周波数指令値ωｅ
＊を生成する。周波数指令値ωｅ
＊は、下記の式（１）に示すように、モータ７の回転速度の指令値である回転角速度指令値ωｍ
＊にモータ７の極対数Ｐｍを乗算することで求めることができる。
【0022】
【数1】
【0023】
制御装置１００は、冷凍サイクル適用機器として空気調和機を制御する場合、指令情報Ｑｅに基づいて空気調和機の各部の動作を制御する。指令情報Ｑｅは、例えば、図示しない温度センサで検出された温度、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始及び運転終了の指示情報などである。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。なお、運転制御部１０２については、制御装置１００の外部にあってもよい。すなわち、制御装置１００は、外部から周波数指令値ωｅ
＊を取得する構成であってもよい。
【0024】
インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１と、３相２相変換部１１２と、励磁電流指令値生成部１１３と、電圧指令値演算部１１５と、電気位相演算部１１６と、２相３相変換部１１７と、ＰＷＭ信号生成部１１８と、を備える。
【0025】
電流復元部１１１は、負荷電流検出部４０で検出された負荷電流Ｉｄｃに基づいてモータ７に流れる相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元する。電流復元部１１１は、負荷電流検出部４０で検出された負荷電流Ｉｄｃを、ＰＷＭ信号生成部１１８で生成されたＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることによって、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元することができる。
【0026】
３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１で復元された相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、後述する電気位相演算部１１６で生成された電気位相θｅを用いて、γ軸電流である励磁電流ｉγ、およびδ軸電流であるトルク電流ｉδ、すなわちγδ軸の電流値に変換する。
【0027】
励磁電流指令値生成部１１３は、前述の回転座標系における励磁電流指令値ｉγ
＊を生成する。具体的には、励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流ｉδに基づいて、モータ７を駆動するために最も効率が良くなる最適な励磁電流指令値ｉγ
＊を求める。励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流ｉδに基づいて、モータ７の出力トルクＴｍが規定された値以上または最大になる、すなわち電流値が規定された値以下または最小になる電流位相βｍとなる励磁電流指令値ｉγ
＊を出力する。なお、ここでは、励磁電流指令値生成部１１３が、トルク電流ｉδに基づいて励磁電流指令値ｉγ
＊を求めているが、一例であり、これに限定されない。励磁電流指令値生成部１１３は、励磁電流ｉγ、周波数指令値ωｅ
＊などに基づいて励磁電流指令値ｉγ
＊を求めても、同様の効果を得ることができる。また、励磁電流指令値生成部１１３は、弱め磁束制御などによって励磁電流指令値ｉγ
＊を決定してもよい。以降の説明において、励磁電流指令値をγ軸電流指令値と称することがある。
【0028】
電圧指令値演算部１１５は、負荷電流検出部４０から取得した負荷電流Ｉｄｃと、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ωｅ
＊と、３相２相変換部１１２から取得した励磁電流ｉγおよびトルク電流ｉδと、励磁電流指令値生成部１１３から取得した励磁電流指令値ｉγ
＊とに基づいて、γ軸電圧指令値Ｖγ
＊およびδ軸電圧指令値Ｖδ
＊を生成する。さらに、電圧指令値演算部１１５は、γ軸電圧指令値Ｖγ
＊と、δ軸電圧指令値Ｖδ
＊と、励磁電流ｉγと、トルク電流ｉδとに基づいて、周波数推定値ωｅｓｔを推定する。
【0029】
電気位相演算部１１６は、電圧指令値演算部１１５から取得した周波数推定値ωｅｓｔを積分することで、電気位相θｅを演算する。
【0030】
２相３相変換部１１７は、電圧指令値演算部１１５から取得したγ軸電圧指令値Ｖγ
＊およびδ軸電圧指令値Ｖδ
＊、すなわち２相座標系の電圧指令値を、電気位相演算部１１６から取得した電気位相θｅを用いて、３相座標系の出力電圧指令値である３相電圧指令値Ｖｕ
＊，Ｖｖ
＊，Ｖｗ
＊に変換する。
【0031】
ＰＷＭ信号生成部１１８は、２相３相変換部１１７から取得した３相電圧指令値Ｖｕ
＊，Ｖｖ
＊，Ｖｗ
＊と、母線電圧検出部１０で検出された母線電圧Ｖｄｃとを比較することによって、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成する。なお、ＰＷＭ信号生成部１１８は、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を出力しないようにすることによって、モータ７を停止することも可能である。
【0032】
本実施の形態において、制御装置１００は、γ軸およびδ軸を有する回転座標系において制御を行う。以降の説明において、γ軸電流、δ軸電流などを励磁電流、トルク電流などと称することがある。
【0033】
電圧指令値演算部１１５の構成について説明する。図４は、実施の形態１に係る制御装置１００が備える電圧指令値演算部１１５の構成例を示すブロック図である。電圧指令値演算部１１５は、周波数推定部５０１と、速度制御部５０２と、振動抑制制御補償値演算部５０３と、振動抑制制限制御部５０４と、振動抑制制御部５０５と、積分制御部５０６と、機械角位相演算部５０７と、負荷電流制御部５０８と、加算部５０９と、減算部５１０，５１１と、γ軸電流制御部５１２と、δ軸電流制御部５１３と、を備える。
【0034】
周波数推定部５０１は、励磁電流ｉγと、トルク電流ｉδと、γ軸電圧指令値Ｖγ
＊と、δ軸電圧指令値Ｖδ
＊とに基づいて、モータ７に供給される電圧の周波数を推定し、周波数推定値ωｅｓｔとして出力する。
【0035】
速度制御部５０２は、電力変換装置２００が圧縮機８の備えるモータ７に第２の交流電力を出力する場合において、モータ７の回転速度が所望の回転速度になるようにインバータ３０の動作を制御する定電流負荷制御を行う。具体的には、速度制御部５０２は、周波数指令値ωｅ
＊に対する、周波数推定部５０１で推定された周波数推定値ωｅｓｔの差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）を算出する。速度制御部５０２は、差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）に対して比例制御を行って得られた比例項、および差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）に対して積分制御を行って得られた積分項を加算して、差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）をゼロに近付ける第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を生成する。速度制御部５０２は、このようにして第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を生成することで、周波数推定値ωｅｓｔを周波数指令値ωｅ
＊に一致させるための制御を行う。
【0036】
振動抑制制御補償値演算部５０３は、モータ７の出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌの周期的変動に追従するように振動抑制制御補償値であるトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を生成する。具体的には、振動抑制制御補償値演算部５０３は、周波数推定部５０１から取得した周波数推定値ωｅｓｔに基づいて、トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を生成する。トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊は、周波数推定値ωｅｓｔの脈動成分、特に周波数がωｍｎである脈動成分を抑制するためのものである。ここで、「周波数推定値ωｅｓｔの脈動成分、特に周波数がωｍｎである脈動成分」とは、周波数推定値ωｅｓｔを表す値である直流量の脈動成分、特に脈動周波数がωｍｎである脈動成分を意味する。なお、ｍは直流量に関係するパラメータであり、ｎはモータ７が駆動する負荷を示すパラメータである。ｎについては、例えば、モータ７が駆動する負荷が、シングルロータリ圧縮機の場合は１とし、ツインロータリ圧縮機の場合は２とする。また、ｎは３以上であってもよい。
【0037】
振動抑制制限制御部５０４は、負荷電流検出部４０から取得した負荷電流Ｉｄｃ、３相２相変換部１１２から取得した励磁電流ｉγおよびトルク電流ｉδ、γ軸電流制御部５１２から取得したγ軸電圧指令値Ｖγ
＊、およびδ軸電流制御部５１３から取得したδ軸電圧指令値Ｖδ
＊に基づいて、振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊を生成する。
【0038】
振動抑制制御部５０５は、圧縮機８で発生する振動を抑制するため、電力変換装置２００において圧縮機８の負荷トルクに一致するように出力トルクＴｍを補償し、振動を抑制する振動抑制制御を行う。具体的には、振動抑制制御部５０５は、速度制御部５０２から取得した第１のトルク電流指令値ｉδ
＊、振動抑制制御補償値演算部５０３から取得したトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊、および振動抑制制限制御部５０４から取得した振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊に基づいて、第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊を生成する。振動抑制制御部５０５は、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊をトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を用いて補償することによって、負荷トルクの脈動により発生する速度脈動を抑制することができる。
【0039】
積分制御部５０６は、周波数推定部５０１から取得した周波数推定値ωｅｓｔに対して積分制御を行う。
【0040】
機械角位相演算部５０７は、積分制御部５０６で得られた値に１／Ｐｍを乗算する、すなわち積分制御部５０６で得られた値をモータ７の極対数Ｐｍで除算することで、機械角位相θｍを演算する。
【0041】
負荷電流制御部５０８は、負荷電流Ｉｄｃの脈動を低減するモータ制御、すなわち負荷電流制御を行う。具体的には、負荷電流制御部５０８は、負荷電流検出部４０から取得した負荷電流Ｉｄｃ、および機械角位相演算部５０７から取得した機械角位相θｍに基づいて、トルク電流補償値ｉδｌｃｃ
＊を生成する。負荷電流制御部５０８は、例えば、ノッチフィルタによって構成される。
【0042】
加算部５０９は、振動抑制制御部５０５で生成された第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊と、負荷電流制御部５０８で生成されたトルク電流補償値ｉδｌｃｃ
＊とを加算して、第３のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊＊を生成する。
【0043】
減算部５１０は、励磁電流指令値ｉγ
＊に対する励磁電流ｉγの差分（ｉγ
＊－ｉγ）を算出する。
【0044】
減算部５１１は、第３のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊＊に対するトルク電流ｉδの差分（ｉδ
＊＊＊＊－ｉδ）を算出する。
【0045】
γ軸電流制御部５１２は、減算部５１０で算出された差分（ｉγ
＊－ｉγ）に対して比例積分演算を行って、差分（ｉγ
＊－ｉγ）をゼロに近付けるγ軸電圧指令値Ｖγ
＊を生成する。γ軸電流制御部５１２は、このようにしてγ軸電圧指令値Ｖγ
＊を生成することで、励磁電流ｉγを励磁電流指令値ｉγ
＊に一致させるための制御を行う。
【0046】
δ軸電流制御部５１３は、減算部５１１で算出された差分（ｉδ
＊＊＊＊－ｉδ）に対して比例積分演算を行って、差分（ｉδ
＊＊＊＊－ｉδ）をゼロに近付けるδ軸電圧指令値Ｖδ
＊を生成する。δ軸電流制御部５１３は、このようにしてδ軸電圧指令値Ｖδ
＊を生成することで、トルク電流ｉδを第３のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊＊に一致させるための制御を行う。
【0047】
負荷電流制御部５０８の構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える負荷電流制御部５０８の構成例を示すブロック図である。負荷電流制御部５０８は、乗算部５２１と、正弦演算部５２２と、余弦演算部５２３と、ローパスフィルタ５２４，５２５と、減算部５２６，５２７と、積分制御部５２８，５２９と、正弦演算部５３０と、余弦演算部５３１と、加算部５３２と、を備える。
【0048】
乗算部５２１は、機械角位相θｍをｎ倍し、制御対象となる周波数成分ｎ×θｍを演算する。
【0049】
正弦演算部５２２は、負荷電流Ｉｄｃに制御対象となる周波数成分ｎ×θｍの正弦ｓｉｎ（ｎ×θｍ）を乗算する。ローパスフィルタ５２４は、時定数Ｔｆｓのローパスフィルタリングを行って、正弦演算部５２２で得られた演算値から交流成分を除去し、直流成分を抽出する。ここで、ｓはラプラス演算子である。減算部５２６は、ローパスフィルタ５２４で得られた直流成分が０になるように直流成分と０との差分を算出する。積分制御部５２８は、減算部５２６で得られた差分に対して積分制御を行い、差分を０に近付ける電流指令値の正弦成分を算出する。正弦演算部５３０は、積分制御部５２８で演算された電流指令値の正弦成分に正弦ｓｉｎ（ｎ×θｍ）を乗算し、複素平面上の虚軸方向の交流成分を演算する。
【0050】
余弦演算部５２３は、負荷電流Ｉｄｃに制御対象となる周波数成分ｎ×θｍの余弦ｃｏｓ（ｎ×θｍ）を乗算する。ローパスフィルタ５２５は、時定数Ｔｆｓのローパスフィルタリングを行って、余弦演算部５２３で得られた演算値から交流成分を除去し、直流成分を抽出する。減算部５２７は、ローパスフィルタ５２５で得られた直流成分が０になるように直流成分と０との差分を算出する。積分制御部５２９は、減算部５２７で得られた差分に対して積分制御を行い、差分を０に近付ける電流指令値の余弦成分を算出する。余弦演算部５３１は、積分制御部５２９で演算された電流指令値の余弦成分に余弦ｃｏｓ（ｎ×θｍ）を乗算し、複素平面上の実軸方向の交流成分を演算する。
【0051】
加算部５３２は、正弦演算部５３０で演算された複素平面上の虚軸方向の交流成分と、余弦演算部５３１で演算された複素平面上の実軸方向の交流成分とを加算し、機械角周波数のｎ倍成分に起因する交流量であるトルク電流補償値ｉδｌｃｃ
＊を生成する。
【0052】
なお、ｎは機械１ｆ周期で負荷変動が起きる回数を表し、例えば、シングルロータリ圧縮機の場合ｎ＝１である。特に、電力変換装置２００に接続される負荷がモータ７を含む圧縮機８の場合、商用電源１の電源周波数の０．６倍および１．４倍のモータ運転周波数において、電源高調波規格に対してＮＧとなりやすい。そのため、制御装置１００は、商用電源１の電源周波数の０．６倍および１．４倍のモータ運転周波数においてモータ７に供給する電流の機械周波数の１ｆ成分が顕著となるように電力変換装置２００の動作を制御することで、電源高調波規格を満たす運転が可能となる。制御装置１００は、商用電源１の電源周波数について、負荷電流検出部４０から取得した負荷電流Ｉｄｃの値およびインバータ３０に対する制御内容から把握してもよいし、接続される商用電源１が固定の場合は予め商用電源１の電源周波数の情報を保持していてもよい。また、制御装置１００は、モータ７の運転周波数である機械周波数について、インバータ３０に対する制御内容から把握することが可能である。
【0053】
振動抑制制御補償値演算部５０３の構成について説明する。図６は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える振動抑制制御補償値演算部５０３の構成例を示すブロック図である。振動抑制制御補償値演算部５０３は、演算部５５０と、余弦演算部５５１と、正弦演算部５５２と、乗算部５５３，５５４と、ローパスフィルタ５５５，５５６と、減算部５５７，５５８と、周波数制御部５５９，５６０と、乗算部５６１，５６２と、加算部５６３と、を備える。
【0054】
演算部５５０は、周波数推定値ωｅｓｔを積分し、極対数で除算することによってモータ７の回転位置を示す機械角位相θｍｎを算出する。余弦演算部５５１は、機械角位相θｍｎに基づいて、余弦ｃｏｓθｍｎを算出する。正弦演算部５５２は、機械角位相θｍｎに基づいて、正弦ｓｉｎθｍｎを算出する。
【0055】
乗算部５５３は、周波数推定値ωｅｓｔに余弦ｃｏｓθｍｎを乗算し、周波数推定値ωｅｓｔの余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎを算出する。乗算部５５４は、周波数推定値ωｅｓｔに正弦ｓｉｎθｍｎを乗算し、周波数推定値ωｅｓｔの正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎを算出する。乗算部５５３，５５４で算出される余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎおよび正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎには、周波数がωｍｎである脈動成分の他、周波数がωｍｎより高い周波数の脈動成分、すなわち高調波成分が含まれている。
【0056】
ローパスフィルタ５５５，５５６は、伝達関数が１／（１＋ｓ・Ｔｆ）で表される一次遅れフィルタである。Ｔｆは時定数であり、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去するように定められる。なお、「除去」には、脈動成分の一部が減衰、すなわち低減される場合が含まれるものとする。時定数Ｔｆについては、速度指令値に基づいて運転制御部１０２で設定され、運転制御部１０２がローパスフィルタ５５５，５５６に通知してもよいし、ローパスフィルタ５５５，５５６が保持していてもよい。ローパスフィルタ５５５，５５６については、一次遅れフィルタは一例であって、移動平均フィルタなどであってもよいし、高周波側の脈動成分を除去できればフィルタの種類は限定されない。
【0057】
ローパスフィルタ５５５は、余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ωｅｓｔｃｏｓを出力する。低周波数成分ωｅｓｔｃｏｓは、周波数推定値ωｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである余弦成分を表す直流量である。
【0058】
ローパスフィルタ５５６は、正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ωｅｓｔｓｉｎを出力する。低周波数成分ωｅｓｔｓｉｎは、周波数推定値ωｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである正弦成分を表す直流量である。
【0059】
減算部５５７は、ローパスフィルタ５５５から出力された低周波数成分ωｅｓｔｃｏｓと０との差分（ωｅｓｔｃｏｓ－０）を算出する。減算部５５８は、ローパスフィルタ５５６から出力された低周波数成分ωｅｓｔｓｉｎと０との差分（ωｅｓｔｓｉｎ－０）を算出する。
【0060】
周波数制御部５５９は、減算部５５７で算出された差分（ωｅｓｔｃｏｓ－０）に対して比例積分演算を行って、差分（ωｅｓｔｃｏｓ－０）をゼロに近付ける電流指令値の余弦成分ｉδｔｒｑｃｏｓを算出する。周波数制御部５５９は、このようにして余弦成分ｉδｔｒｑｃｏｓを生成することで、低周波数成分ωｅｓｔｃｏｓを０に一致させるための制御を行う。
【0061】
周波数制御部５６０は、減算部５５８で算出された差分（ωｅｓｔｓｉｎ－０）に対して比例積分演算を行って、差分（ωｅｓｔｓｉｎ－０）をゼロに近付ける電流指令値の正弦成分ｉδｔｒｑｓｉｎを算出する。周波数制御部５６０は、このようにして正弦成分ｉδｔｒｑｓｉｎを生成することで、低周波数成分ωｅｓｔｓｉｎを０に一致させるための制御を行う。
【0062】
乗算部５６１は、周波数制御部５５９から出力された余弦成分ｉδｔｒｑｃｏｓに余弦ｃｏｓθｍｎを乗算してｉδｔｒｑｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎを生成する。ｉδｔｒｑｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎは、周波数ｎ・ωｅｓｔを持つ交流成分である。
【0063】
乗算部５６２は、周波数制御部５６０から出力された正弦成分ｉδｔｒｑｓｉｎに正弦ｓｉｎθｍｎを乗算してｉδｔｒｑｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎを生成する。ｉδｔｒｑｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎは、周波数ｎ・ωｅｓｔを持つ交流成分である。
【0064】
加算部５６３は、乗算部５６１から出力されたｉδｔｒｑｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎと、乗算部５６２から出力されたｉδｔｒｑｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎとの和を求める。振動抑制制御補償値演算部５０３は、加算部５６３で求められたものを、トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊として出力する。
【0065】
振動抑制制御部５０５は、振動抑制制御補償値演算部５０３において上記のようにして求められたトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を演算途中のトルク電流指令値に加算し、加算結果を、補正された第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊として用いることで、脈動成分を抑制することができる。
【0066】
振動抑制制限制御部５０４の構成について説明する。図７は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える振動抑制制限制御部５０４の構成例を示すブロック図である。振動抑制制限制御部５０４は、電源高調波規格値計算部６０１と、次数成分演算部６０２と、減算部６０３と、積分制御部６０４と、設定部６０５と、を備える。
【0067】
電源高調波規格値計算部６０１は、電源高調波において各次数に対する電源高調波規格値を計算する。図８は、実施の形態１に係る振動抑制制限制御部５０４が備える電源高調波規格値計算部６０１の構成例を示すブロック図である。電源高調波規格値計算部６０１は、電力計算部６１１と、電力乗算部６１２と、限度値換算部６１３と、係数乗算部６１４と、を備える。
【0068】
電力計算部６１１は、γ軸電圧指令値Ｖγ
＊、δ軸電圧指令値Ｖδ
＊、励磁電流ｉγ、およびトルク電流ｉδを用いて、γ軸電圧指令値Ｖγ
＊×励磁電流ｉγ＋δ軸電圧指令値Ｖδ
＊×トルク電流ｉδの計算式で電力Ｗを計算する。
【0069】
電力乗算部６１２は、電力Ｗから規定された６００ワットを超える電力を（Ｗ－６００）として算出し、算出した値を次数ごとに規定されている最大許容高調波電流の第２項に乗算する。６００ワットは、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ） Ｃ ６１０００－３－２で規定された値である。図８の例では「１．０８＋０．０００３３」は電源高調波の次数が２のときの最大許容高調波電流であるので、電力乗算部６１２は、「１．０８＋０．０００３３（Ｗ－６００）」のように計算する。電力乗算部６１２は、電源高調波の他の次数についても同様の計算を行う。
【0070】
限度値換算部６１３は、電力乗算部６１２で得られた各次数の値に対して（２３０／電源電圧）を乗算し、各次数についての限度値を計算する。なお、２３０は、前述のＪＩＳ Ｃ ６１０００－３－２で規定された、電源が単相の場合の値である。電源電圧は、一般的な使用環境であれば１００Ｖまたは２００Ｖとなる。
【0071】
係数乗算部６１４は、限度値換算部６１３で得られた各次数についての限度値に対してマージンを設定するため、０＜Ｋ≦１の係数Ｋを乗算し、電源高調波において各次数に対する電源高調波規格値を得る。例えば、ｋ＝０．５の場合は電源高調波規格値に対して５０％のマージンを持たせる場合であり、ｋ＝１の場合は電源高調波規格値に対してマージンを持たせない場合である。
【0072】
図７の説明に戻る。次数成分演算部６０２は、負荷電流Ｉｄｃを用いて、電源高調波の各次数成分を演算する。図９は、実施の形態１に係る振動抑制制限制御部５０４が備える次数成分演算部６０２の構成例を示すブロック図である。次数成分演算部６０２は、乗算部６２１，６２２と、ローパスフィルタ６２３，６２４と、ピーク値演算部６２５と、実効値演算部６２６と、２乗部６２７と、除算部６２８，６２９と、加算部６３０と、１／２乗部６３１と、を備える。ここで、次数成分演算部６０２は、電源高調波の各次数について、整数値のみを対象とせず、前後の次数と連携することで全ての範囲を対象とする。次数成分演算部６０２は、例えは、２次を対象にする場合は１．５～２．５次を対象とし、３次を対象にする場合は２．５～３．５次を対象とする。具体的には、商用電源１の電源周波数が５０Ｈｚの場合、次数成分演算部６０２は、次数が２次の場合、７５Ｈｚから１２５Ｈｚの範囲において５Ｈｚ単位で演算を行う。そのため、次数成分演算部６０２は、乗算部６２１，６２２、ローパスフィルタ６２３，６２４、ピーク値演算部６２５、および実効値演算部６２６を、対象の次数分×各次数での演算対象の周波数成分の数分備える。
【0073】
乗算部６２１は、負荷電流Ｉｄｃに演算対象となる周波数成分θｘの余弦ｃｏｓθｘを乗算する。乗算部６２２は、負荷電流Ｉｄｃに演算対象となる周波数成分θｘの正弦ｓｉｎθｘを乗算する。ローパスフィルタ６２３は、乗算部６２１で得られた演算値から交流成分を除去し、直流成分を抽出する。ローパスフィルタ６２４は、乗算部６２２で得られた演算値から交流成分を除去し、直流成分を抽出する。ピーク値演算部６２５は、ローパスフィルタ６２３から取得したＩｄｃｃｏｓｘおよびローパスフィルタ６２４から取得したＩｄｃｓｉｎｘを用いて、演算対象となる周波数成分θｘのピーク値を演算する。実効値演算部６２６は、ピーク値演算部６２５で得られた演算対象となる周波数成分θｘのピーク値を√（２）で除算することで、演算対象となる周波数成分θｘの実効値を演算する。なお、√（２）は２の平方根を表している。
【0074】
２乗部６２７は、演算対象の次数の各周波数で演算された実効値を２乗する。なお、図９では、周波数成分のうち、最小周波数を（ｎ－１）．５次と記載し、０．１次ずつ大きくして、最大周波数をｎ．５次と記載している。例えば、次数が２のとき、最小周波数は１．５次となり、最大周波数は２．５次となる。ここで、各次数で演算される対象の周波数成分のうち、最小周波数は１つ下の次数の最大周波数と同一となり、最大周波数は１つ上の次数の最小周波数と同一となる。除算部６２８は、重複する部分の影響を排除するため、２乗部６２７で得られた最小周波数の実効値の２乗値を１／２にする。除算部６２９は、重複する部分の影響を排除するため、２乗部６２７で得られた最大周波数の実効値の２乗値を１／２にする。加算部６３０は、演算対象の次数の各周波数で演算された実効値を２乗した値、または２乗した値を１／２にした値を加算して合計値を求める。１／２乗部６３１は、加算部６３０で得られた合計値の平方根を取って演算対象の次数成分の大きさを求める。次数成分演算部６０２は、同様の演算を次数分行う。
【0075】
図７の説明に戻る。減算部６０３は、電源高調波規格値裕度を計算する。具体的には、減算部６０３は、各次数について、電源高調波規格値計算部６０１で演算された電源高調波規格値と、次数成分演算部６０２で演算された電源高調波の次数成分との差分を計算する。減算部６０３は、計算した差分を電源高調波規格値裕度として積分制御部６０４に出力する。
【0076】
積分制御部６０４は、減算部６０３で計算された電源高調波規格値裕度に対して積分制御を行い、差分を０に近付ける、すなわち次数成分演算部６０２で演算された電源高調波の次数成分を電源高調波規格値計算部６０１で演算された電源高調波規格値に近付ける電流値ｉｄｃｋを演算する。
【0077】
設定部６０５は、積分制御部６０４で演算された電流値ｉｄｃｋが０以上か０未満によって、振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊を設定する。具体的には、設定部６０５は、式（２）のように、振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊を設定する。
【0078】
【数2】
【0079】
速度制御部５０２および振動抑制制御部５０５の構成について説明する。図１０は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える速度制御部５０２および振動抑制制御部５０５の構成例を示すブロック図である。速度制御部５０２は、減算部７１１と、比例制御部７１２と、積分制御部７１３と、加算部７１４と、を備える。振動抑制制御部５０５は、加算部７２１と、制限部７２２と、減算部７２６と、加算部７２７と、リミッタ７２８と、加算部７２９と、を備える。制限部７２２は、記憶部７２３と、選択部７２４と、リミッタ７２５と、を備える。
【0080】
速度制御部５０２において、減算部７１１は、周波数指令値ωｅ
＊に対する、周波数推定部５０１で推定された周波数推定値ωｅｓｔの差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）を算出する。比例制御部７１２は、減算部７１１から取得した、周波数指令値ωｅ
＊と周波数推定値ωｅｓｔとの差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）に対して比例制御を行い、比例項ｉδｐ
＊を出力する。積分制御部７１３は、減算部７１１から取得した、周波数指令値ωｅ
＊と周波数推定値ωｅｓｔとの差分（ωｅ
＊－ωｅｓｔ）に対して積分制御を行い、積分項ｉδｉ
＊を出力する。加算部７１４は、比例制御部７１２から取得した比例項ｉδｐ
＊と、積分制御部７１３から取得した積分項ｉδｉ
＊とを加算して、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を生成する。
【0081】
振動抑制制御部５０５において、加算部７２１は、速度制御部５０２で生成された第１のトルク電流指令値ｉδ
＊と、振動抑制制御補償値演算部５０３から取得したトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊とを加算して、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊を生成する。
【0082】
制限部７２２は、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊に対するリミット値を設定する。一般的に、冷凍サイクル適用機器を制御する電力変換装置２００では、振動抑制制御などを目的として、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊に対してリミット値を設定している。本実施の形態において、振動抑制制御部５０５は、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊に対するリミット値として、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１，ｉδｌｉｍ２，ｉδｔｒｑｌｉｍを用いる。δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１は式（３）で表すことができ、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ２は式（４）で表すことができ、δ軸電流リミット値ｉδｔｒｑｌｉｍは式（５）で表すことができる。
【0083】
【数3】
【0084】
【数4】
【0085】
【数5】
【0086】
δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ２は、モータ７の回転速度が中高速領域の場合において、モータ７の電圧値に基づいて制限をかけることを想定したものである。式（４）において、Ｌγはγ軸インダクタンスであり、Ｌδはδ軸インダクタンスである。一般的に、インバータ３０がモータ７に出力できる交流電圧の最大電圧には制限があるので、γδ軸電圧の制限値をＶｏｍとした場合、励磁電流ｉγとトルク電流ｉδとの関係は、式（６）のように表される。なお、制限値Ｖｏｍについては、例えば、モータ７の巻線抵抗、インバータ３０のスイッチング素子３１１～３１６などの電圧降下分を差し引いた値にしてもよい。インバータ３０の出力限界範囲は、厳密には六角形状であるが、ここでは円で近似して考えている。本実施の形態では、円で近似することを前提として議論するが、厳密に六角形を考えて議論してもよいことは言うまでも無い。
【0087】
【数6】
【0088】
式（６）をトルク電流ｉδについて解くと、式（４）を導出することができる。式（４）のδ軸電流指令値は、電圧限界および弱め磁束制御の効き具合を考慮できている。δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ２は、インバータ３０がモータ７に出力可能な電圧に基づく制限値Ｖｏｍである電圧制限値、モータ７の回転速度である電気角速度ωｅ、モータ７のγδ軸磁束鎖交数Φａ、γ軸インダクタンスＬγ、δ軸インダクタンスＬδから既定される。
【0089】
図１０において、制限部７２２の記憶部７２３は、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１，ｉδｌｉｍ２を記憶している。すなわち、制限部７２２は、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１，ｉδｌｉｍ２を有している。選択部７２４は、記憶部７２３に記憶されているδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１，ｉδｌｉｍ２のいずれかを選択し、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍとして出力する。δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍは、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊に対する電流リミット値である。リミッタ７２５は、中間トルク電流指令値ｉδ
＊＊に対してδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍで制限したものを制限トルク電流指令値ｉδｌｉｍ
＊として出力する。なお、制限部７２２は、δ軸電流リミット値ｉδｌｉｍ１，ｉδｌｉｍ２について、自身で演算して求めたものを記憶部７２３に記憶させてもよいし、外部、例えば、運転制御部１０２から取得して記憶部７２３に記憶させてもよい。
【0090】
減算部７２６は、制限部７２２から取得したδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍと制限トルク電流指令値ｉδｌｉｍ
＊との差分を算出する。リミッタ７２５がδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍの範囲内で制限した場合、ｉδ
＊＊≧ｉδｌｉｍ≧ｉδｌｉｍ
＊となる。リミッタ７２５がδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍを使い切らないケースもあるため、使い切らなかった分をδ軸電流リミット値ｉδｌｉｍと制限トルク電流指令値ｉδｌｉｍ
＊との差分として算出する。加算部７２７は、減算部７２６で算出された差分と、振動抑制制限制御部５０４で演算された振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊とを加算し、トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊に対するδ軸電流リミット値ｉδｔｒｑｌｉｍを算出する。リミッタ７２８は、トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊に対してδ軸電流リミット値ｉδｔｒｑｌｉｍで制限したものをリミッタ後のトルク電流補償値ｉδｔｒｑｌｉｍ
＊として出力する。加算部７２９は、制限トルク電流指令値ｉδｌｉｍ
＊と、リミッタ後のトルク電流補償値ｉδｔｒｑｌｉｍ
＊とを加算して、第２のトルク電流指令値Ｉδ
＊＊＊を生成する。
【0091】
ここまで詳細に説明してきた構成および制御内容に基づいて、本実施の形態で得られる効果について説明する。図１に示す電力変換装置２００において、平滑コンデンサ５の両端に接続された負荷は、例えば、インバータ３０およびモータ７などで構成される負荷などが挙げられるが、ここでは周期的に脈動が発生するような負荷の接続を想定する。モータ７の機械角１周期中に１回脈動が大きく起きるような機器では、機器の振動、振動に起因する騒音などを防ぐ必要があるため、制御装置１００が行う制御として、前述したような振動抑制制御、すなわち機械１ｆ補償が広く使われている。振動抑制制御は、脈動する負荷トルクに出力トルクＴｍを追従させることで、振動の原因となる速度むらを抑制する制御である。なお、機械１ｆは、モータ７の運転周波数である機械周波数の１倍成分を表している。
【0092】
図１１は、実施の形態１に係る電力変換装置２００において振動を抑制するための振動抑制制御を行った場合のモータトルク、負荷トルク、および負荷電流Ｉｄｃの各波形の例を示す図である。図１１において、上段はモータトルクおよび負荷トルクの各波形を示し、下段は負荷電流Ｉｄｃの波形を示している。なお、横軸はいずれも時間を示している。図１１の例では、負荷トルクに対して、モータトルクが追従している様子が見てとれる。なお、このときの特徴として、図１１の下段に示すように電源側で発生する負荷電流Ｉｄｃが正負にアンバランスするといった現象が起きる。これはつまり、制御装置１００が振動抑制制御を行うことで、振動の抑制効果を得られる一方で、電源側の負荷電流Ｉｄｃの機械１ｆ成分の脈動は大きくなってしまい電源高調波規格に適合しない可能性が生じるということを意味する。規格に適合しない機器の使用は認められないため、電源高調波に関しても抑制する必要がある。ここで、制御装置１００では、振動抑制制御をオフにすることで高調波を抑えることも考えられるが、急な制御切替などは脱調などを引き起こす切り替えショックに繋がるため、制御をオンオフするのではなく、徐々に制御を切り替えていくような手法を選択することが望ましい。
【0093】
図１２は、実施の形態１に係る電力変換装置２００において電源高調波を抑制するための負荷電流制御を行った場合のモータトルク、負荷トルク、および負荷電流Ｉｄｃの各波形の例を示す図である。図１２において、上段はモータトルクおよび負荷トルクの各波形を示し、下段は負荷電流Ｉｄｃの波形を示している。なお、横軸はいずれも時間を示している。電源高調波が増大する原理として、負荷電流Ｉｄｃが正負にアンバランス状態となることが起因しているため、図１２の下段の波形のように負荷電流Ｉｄｃの正負がバランス状態となっている場合は、電源高調波を抑え込むことができていると言える。このとき、図１２の上段のモータトルクおよび負荷トルクの波形をみると、図１１と比較して、モータトルクが負荷トルクに対して小振幅で遅れ位相となっていることがわかる。そのため、負荷電流制御というのは、すなわち、モータトルクを生成するトルク電流に対して、モータトルクを振幅が小さく、かつ位相が遅れ位相となるようにシフトするような補償量を加算することに他ならない。本実施の形態では、モータトルクの振幅および位相を徐々にシフトするトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を生成する振動抑制制御補償値演算部５０３を備えている。
【0094】
なお、ここで、モータ７のイナーシャが十分に大きい場合、トルクの振幅を小さくすることで、モータ７で消費される電力の瞬時電力振幅もまた小さくなるため、制御装置１００がこの瞬時電力を制御するようにしてもよい。モータトルクの振幅および位相を徐々にシフトさせる方法として、前述した電源高調波規格値と次数成分との差分を計算する演算部を制御装置１００の内部に持たせ、次数成分が電源高調波規格値を超えた範囲で負荷電流制御を動作させる振動抑制制限制御部５０４を用いることで達成できる。本実施の形態のような制御を行うことによって、高調波規格適合の課題に対して、コンバータ回路の回路定数、スイッチング方法などを変更する必要がなく、制御によってのみ解決を図ることができ、開発負荷が小さくかつ安価かつ信頼性の高い電力変換装置２００を得ることが出来る。
【0095】
このように、制御装置１００は、モータ７の振動を低減する振動抑制制御、および平滑コンデンサ５の出力電流である負荷電流Ｉｄｃを所望の値に近付けるように制御する負荷電流制御を行う。制御装置１００は、負荷電流制御として、モータ７で消費される瞬時電力の正負のピーク値の差の絶対値が小さくなるようにインバータ３０が出力する電圧を制御する。このような制御は、制御装置１００が、モータ７で消費される瞬時電力の正負のピークについてピークｔｏピークの値が小さくなるようにインバータ３０が出力する電圧を制御することと同じである。制御装置１００は、負荷電流制御として、負荷で発生する負荷トルクに対して、モータ７で発生するモータトルクの正負のピーク値の差の絶対値が小さく、かつ正のピークの位相が遅れ位相となるようにインバータ３０が出力する電圧を制御するとも言える。
【0096】
制御装置１００の動作を、フローチャートを用いて説明する。図１３は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備える制御装置１００の動作を示すフローチャートである。制御装置１００において、速度制御部５０２は、定電流負荷制御用の第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を生成する（ステップＳ１）。振動抑制制御補償値演算部５０３は、モータ７の出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌの周期的変動に追従するように振動抑制制御補償値であるトルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊を生成する（ステップＳ２）。振動抑制制限制御部５０４は、振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊を生成する（ステップＳ３）。振動抑制制御部５０５は、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊、トルク電流補償値ｉδｔｒｑ
＊、および振動抑制制限トルク電流指令値Δｉδｔｒｑｌｉｍ
＊に基づいて、第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊を生成する（ステップＳ４）。負荷電流制御部５０８は、負荷電流Ｉｄｃ、および機械角位相θｍに基づいて、トルク電流補償値ｉδｌｃｃ
＊を生成する（ステップＳ５）。加算部５０９は、第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊とトルク電流補償値ｉδｌｃｃ
＊とを加算し、第３のトルク電流指令値ｉδ
＊＊＊＊を生成する（ステップＳ６）。
【0097】
つづいて、電力変換装置２００が備える制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図１４は、実施の形態１に係る電力変換装置２００が備える制御装置１００を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。制御装置１００は、プロセッサ９１およびメモリ９２により実現される。
【0098】
プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。またメモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）でもよい。
【0099】
以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置２００において、制御装置１００は、モータ７の振動を低減する振動抑制制御、および平滑コンデンサ５の出力電流である負荷電流Ｉｄｃを所望の値に近付けるように制御する負荷電流制御を行う。制御装置１００は、モータ７に第２の交流電力を出力するインバータ３０の動作状態、すなわちインバータ３０に対する制御内容に応じて、振動抑制制御および負荷電流制御の各制御内容を調整する。これにより、電力変換装置２００は、接続されるモータ７などの負荷での振動の発生を抑制しつつ、高調波成分の発生を抑制することができる。
【0100】
なお、電力変換装置２００において、制御装置１００は、有効電流であるδ軸電流の代わりに無効電流であるγ軸電流を用い、モータ７の巻線抵抗による有効電力の変化を利用して、インバータ３０に流入される直流電流である負荷電流Ｉｄｃが規定された値、すなわち一定の値に近付くよう制御することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。以降の実施の形態についても同様である。
【0101】
実施の形態２．
図１５は、実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置２００を備える。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１５において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。
図１５は、実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００の構成例を示す図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１で説明した電力変換装置２００を備える。実施の形態２に係る冷凍サイクル適用機器９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１５において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。
【0102】
冷凍サイクル適用機器９００は、実施の形態１におけるモータ７を内蔵した圧縮機８と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。
【0103】
圧縮機８の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させるモータ７とが設けられている。
【0104】
冷凍サイクル適用機器９００は、四方弁９０２の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構９０４は、可変速制御されるモータ７によって駆動される。
【0105】
暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。
【0106】
冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機構９０４に戻る。
【0107】
暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。
【0108】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0109】
１ 商用電源、２ リアクタ、３ 整流部、５ 平滑コンデンサ、７ モータ、８ 圧縮機、１０ 母線電圧検出部、１２ａ，１２ｂ 直流母線、３０ インバータ、４０ 負荷電流検出部、１００ 制御装置、１０２ 運転制御部、１１０ インバータ制御部、１１１ 電流復元部、１１２ ３相２相変換部、１１３ 励磁電流指令値生成部、１１５ 電圧指令値演算部、１１６ 電気位相演算部、１１７ ２相３相変換部、１１８ ＰＷＭ信号生成部、１３１～１３４，３２１～３２６ 整流素子、２００ 電力変換装置、３１０ インバータ主回路、３１１～３１６ スイッチング素子、３３１～３３３ 出力線、３５０ 駆動回路、４００ モータ駆動装置、５０１ 周波数推定部、５０２ 速度制御部、５０３ 振動抑制制御補償値演算部、５０４ 振動抑制制限制御部、５０５ 振動抑制制御部、５０６，５２８，５２９，６０４，７１３ 積分制御部、５０７ 機械角位相演算部、５０８ 負荷電流制御部、５０９，５３２，５６３，６３０，７１４，７２１，７２７，７２９ 加算部、５１０，５１１，５２６，５２７，５５７，５５８，６０３，７１１，７２６ 減算部、５１２ γ軸電流制御部、５１３ δ軸電流制御部、５２１，５５３，５５４，５６１，５６２，６２１，６２２ 乗算部、５２２，５３０，５５２ 正弦演算部、５２３，５３１，５５１ 余弦演算部、５２４，５２５，５５５，５５６，６２３，６２４ ローパスフィルタ、５５０ 演算部、５５９，５６０ 周波数制御部、６０１ 電源高調波規格値計算部、６０２ 次数成分演算部、６０５ 設定部、６１１ 電力計算部、６１２ 電力乗算部、６１３ 限度値換算部、６１４ 係数乗算部、６２５ ピーク値演算部、６２６ 実効値演算部、６２７ ２乗部、６２８，６２９ 除算部、６３１ １／２乗部、７１２ 比例制御部、７２２ 制限部、７２３ 記憶部、７２４ 選択部、７２５，７２８ リミッタ、９００ 冷凍サイクル適用機器、９０２ 四方弁、９０４ 圧縮機構、９０６ 室内熱交換器、９０８ 膨張弁、９１０ 室外熱交換器、９１２ 冷媒配管。
【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】