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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】
4
(21)【出願番号】P 2023554219
(86)(22)【出願日】2021-10-22
(86)【国際出願番号】 JP2021039143
(87)【国際公開番号】W WO2023067811
(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、前記モータに供給する電流の振幅の変動を低減する電流ピーク制御、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、前記電流ピーク制御および前記負荷電流制御の各制御の制御量の割合であってどちらの制御を優先的に行うのかを表す制御割合を調整し、前記負荷電流制御を優先的に行うため前記負荷電流制御の制御割合が大きくなるほど、前記モータに供給する電流において前記モータの運転周波数である機械周波数の１倍成分が大きくなるように前記インバータの動作を制御する、
電力変換装置。
【請求項2】
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、前記モータに供給する電流の振幅の変動を低減する電流ピーク制御、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、前記モータの運転周波数が前記商用電源の電源周波数の０．６倍または１．４倍の場合、前記モータに供給する電流において前記モータの運転周波数である機械周波数の１倍成分が前記負荷電流制御を行わないときと比較して大きくなるように前記負荷電流制御を行う、
電力変換装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の電力変換装置を備えるモータ駆動装置。
【請求項4】
請求項１または２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、消費電力の増加を抑制している。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】特開２０１６－１７８８１４号公報
【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、消費電力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、消費電力を低減する制御および高調波成分の発生を抑制する制御の制御量を調整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、モータに供給する電流の振幅の変動を低減する電流ピーク制御、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、電流ピーク制御および負荷電流制御の各制御の制御量の割合であってどちらの制御を優先的に行うのかを表す制御割合を調整し、負荷電流制御を優先的に行うため負荷電流制御の制御割合が大きくなるほど、モータに供給する電流においてモータの運転周波数である機械周波数の１倍成分が大きくなるようにインバータの動作を制御する。
【発明の効果】
【0007】
本開示に係る電力変換装置は、消費電力を低減する制御および高調波成分の発生を抑制する制御の制御量を調整することができる、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の制御装置で電流ピーク制御を行った場合の負荷電流の波形およびインバータから出力される相電流の波形の例を示す図
【図4】実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置で負荷電流制御を行った場合の負荷電流の波形およびインバータから出力される相電流の波形の例を示す図
【図5】一般的な振幅変調における被変調波の周波数スペクトルの例を示す図
【図6】実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置が負荷電流制御を行ったときにモータに流れる電流の各周波数での強度を示す図
【図7】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8】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9】実施の形態１に係る電圧指令値演算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10】実施の形態１に係る電圧指令値演算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11】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える設定部の制御内容の例を示す図
【図12】実施の形態１に係る電圧指令値演算部が備える電流ピーク制御部の構成例を示すブロック図
【図13】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14】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15】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16】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】
ここで、本実施の形態において、制御装置１００の制御によって得られる効果について説明する。制御装置１００の具体的な構成および動作については後述する。本実施の形態において、平滑コンデンサ５の両端に接続される負荷は、例えば、図１に示すようにインバータ３０およびモータ７などで構成される負荷などを想定しているが、周期的に脈動が発生するような負荷であればこれらに限定されない。
【0021】
モータ７の機械１ｆ周期に１回脈動が大きく起きるような機器では、脈動による速度変化が生じる。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。このとき、モータ７の速度変化の修正に寄与しない無駄な電流については、制御装置１００の制御によって抑制効果を働かせ、モータ７の実効電流を低下させて消費電力を低減する手法が広く使われている。このような制御装置１００による消費電力を低減する制御を電流ピーク制御と称する。
【0022】
図３は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の制御装置１００で電流ピーク制御を行った場合の負荷電流Ｉｄｃの波形およびインバータ３０から出力される相電流の波形の例を示す図である。図３において、上段は負荷電流Ｉｄｃの波形を示し、下段は相電流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。相電流は、インバータ３０とモータ７との間の出力線３３１～３３３に流れる電流である。図３の下段では、出力線３３１～３３３、すなわち三相に流れる相電流のピークは全て揃っている様子が見てとれる。なお、このときの特徴として、図３の上段に示すように、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が電流ピーク制御を行うことで、実効電流および消費電力の抑制効果を得られる一方で、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を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、電流ピーク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。
【0023】
図４は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の制御装置１００で負荷電流制御を行った場合の負荷電流Ｉｄｃの波形およびインバータ３０から出力される相電流の波形の例を示す図である。図４において、上段は負荷電流Ｉｄｃの波形を示し、下段は相電流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。負荷電流制御は、制御装置１００において電源高調波を抑制するための制御である。電源高調波が増大する原理として、平滑コンデンサ５の充放電電流である負荷電流Ｉｄｃの正負でアンバランス状態となることが起因しているため、図４の上段に示すように負荷電流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４の下段の相電流の波形をみると、図３の下段に示す電流ピーク制御のときと比較して、ピーク値が時間的に変化していることがわかる。電流ピーク制御においては、例えば、周波数推定部の出力にフィルタを設け、トルク電流であるδ軸電流指令値が変動しないように制御することで実現される。これに対して、負荷電流制御については、当該フィルタを用いずに制御される。そのため、当該フィルタのカットオフ周波数を徐々に変更し、フィルタによる減衰効果を徐々に弱めていくことで、電流ピーク制御から負荷電流制御に変化させることができる。これにより、トルク電流の変動が許容されるようになり、ピーク電流を機械１ｆ成分に合わせて変動させることが可能となる。詳細については後述する。
【0024】
電流ピーク制御では、負荷が機械的に１回転で変化、すなわち機械１ｆで変化する。これに対して、モータ７は、インバータ３０が一定のトルクを出力することで電流ピークを一定に保つよう制御される。そのため、モータ７は、高負荷のときには速度が低下し、低負荷のときには速度が増加するように動作する。そのため、図３の下段に示すように、モータ７に流れる電流、すなわち相電流の電流ピークは一定で、周波数が機械１ｆ周期で変動する波形となる。つまり、相電流は周波数変調をかけた状態となるため、機械１ｆ成分をｆｍ、モータ７の極数をＰｍとすると、モータ７の電気１ｆ成分はＰｍ・ｆｍとなり、電流スペクトルはＰｍ・ｆｍおよびＰｍ・ｆｍ±ｆｍの周波数に顕著に表れる。例えば、ｆｍ＝３０Ｈｚの場合、９０Ｈｚ、６０Ｈｚ、および１２０Ｈｚに顕著な電流が現れる。
【0025】
一方、負荷電流制御では、負荷電流Ｉｄｃを所望の値に近付けるように制御される。すなわち、負荷電流制御は、高負荷のときには電流を低減させ、低負荷のときには電流を増加させるような動作となる。そのため、モータ７に流れる電流は、機械１ｆ周期で電流のピークが増減する波形となる。つまり、相電流は振幅変調をかけた状態となる。
【0026】
ここで、振幅変調の一般的な原理を考える。まず、電流に相当する搬送波を式（１）と仮定する。
【0027】
【数1】
【0028】
この場合、振幅変調後の波形である被変調波は式（２）となる。
【0029】
【数2】
【0030】
ここで、Ａは振幅を示し、ｍは変調度を示し、ωｓは変調波の角周波数を示し、θｓは変調波の位相を示し、ωｃは搬送波の角周波数を示し、θｃは搬送波の位相を示している。さらに、式（２）を和積の公式を用いて分解すると式（３）が得られる。
【0031】
【数3】
【0032】
得られた式（３）は、第一項が搬送波周波数の成分、第二項が搬送波周波数と変調波周波数との和の成分、第三項が搬送波周波数と変調波周波数との差の成分となっている。これはつまり、搬送波の両側に変調波の和差信号が現れることを意味する。図５は、一般的な振幅変調における被変調波の周波数スペクトルの例を示す図である。図５において、横軸は周波数を示し、縦軸は各周波数での強度を示している。また、図５において、ｆｓは変調波の周波数を示し、ｆｃは搬送波の周波数を示している。ここで注目すべきは、振幅変調の前後で変調波の周波数ｆｓが顕著となることである。
【0033】
負荷電流制御の説明に戻る。負荷電流制御の制御時には、電流スペクトルは電流振幅が機械１ｆ周期で変動するため、機械１ｆ成分が顕著に表れるようになる。機械１ｆ成分は振幅変調における変調波の周波数ｆｓに相当するため、負荷電流制御は振幅変調をかけた状態と言える。実際の負荷電流制御時の周波数解析結果の波形を図６に示す。図６は、実施の形態１に係る電力変換装置２００の制御装置１００が負荷電流制御を行ったときにモータ７に流れる電流の各周波数での強度を示す図である。図６において、横軸は周波数を示し、縦軸は電流の強度を示している。
【0034】
以上のことから、制御装置１００は、モータ７に供給する電流の振幅の変動を低減する電流ピーク制御、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、電流ピーク制御と負荷電流制御とを切替える際、モータ７に流れる電流の機械１ｆ成分を増減させるようにインバータ３０が出力する電流を変化させることで、各制御のスムーズな切り替えが可能となる。
【0035】
つづいて、上記のような制御を行う制御装置１００の構成および動作について説明する。図７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。
【0036】
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（４）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。
【0037】
【数4】
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
電圧指令値演算部１１５の構成について説明する。図８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、調整部５０２と、積分制御部５０８と、機械角位相演算部５０９と、減算部５１０と、電流ピーク制御部５１１と、速度制御部５１２と、負荷電流制御部５１３と、加算部５１４と、減算部５１５，５１６と、γ軸電流制御部５１７と、δ軸電流制御部５１８と、を備える。調整部５０２は、電源高調波規格値計算部５０３と、次数成分演算部５０４と、減算部５０５と、積分制御部５０６と、設定部５０７と、を備える。
【0049】
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。
【0050】
調整部５０２は、制御装置１００における、電流ピーク制御部５１１で行われる電流ピーク制御、および負荷電流制御部５１３で行われる負荷電流制御の各制御の制御割合を調整する。具体的には、調整部５０２において、電源高調波規格値計算部５０３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９は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える電源高調波規格値計算部５０３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５０３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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
図８の説明に戻る。次数成分演算部５０４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１０は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える次数成分演算部５０４の構成例を示すブロック図である。次数成分演算部５０４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５０４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５０４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５０４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５０４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。
【0056】
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。
【0057】
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１０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５０４は、同様の演算を次数分行う。
【0058】
図８の説明に戻る。減算部５０５は、電源高調波規格値裕度を計算する。具体的には、減算部５０５は、各次数について、電源高調波規格値計算部５０３で演算された電源高調波規格値と、次数成分演算部５０４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５０５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５０６に出力する。
【0059】
積分制御部５０６は、減算部５０５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５０４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５０３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。
【0060】
設定部５０７は、積分制御部５０６で演算された電流値ｉｄｃｋに基づいて、電流ピーク制御部５１１に対するカットオフ周波数ωｆｆ、および負荷電流制御部５１３に対するカットオフ周波数ωｆｓを設定する。図１１は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える設定部５０７の制御内容の例を示す図である。ここで、時定数の逆数はカットオフ周波数となるため、電流ピーク制御部５１１に対する時定数をＴｆｆとし、負荷電流制御部５１３に対する時定数をＴｆｓとすると、「ωｆｆ＝１／Ｔｆｆ」となり、「ωｆｓ＝１／Ｔｆｓ」となる。本実施の形態では、設定部５０７は、電流値ｉｄｃｋに応じてカットオフ周波数ωｆｆ，ωｆｓを可変にしている。
【0061】
設定部５０７は、電流値ｉｄｃｋが０以上となる範囲、すなわち高調波規格に対して余裕がある範囲では、カットオフ周波数ωｆｆを大きくし、カットオフ周波数ωｆｓを小さくする。これにより、調整部５０２は、高調波規格に対して余裕がある運転範囲では、電流ピーク制御部５１１を優先的に動作させて負荷電流制御部５１３の動作を抑える、すなわち電流ピーク制御部５１１の制御量を大きくして負荷電流制御部５１３の制御量を小さくすることができる。一方、設定部５０７は、電流値ｉｄｃｋが０未満となる範囲、すなわち高調波規格に対して余裕のない範囲では、カットオフ周波数ωｆｆを小さくし、カットオフ周波数ωｆｓを大きくする。これにより、調整部５０２は、高調波規格に対して余裕のない運転範囲では、電流ピーク制御部５１１の動作を抑えて負荷電流制御部５１３を優先的に動作させる、すなわち電流ピーク制御部５１１の制御量を小さくして負荷電流制御部５１３の制御量を大きくすることができる。
【0062】
設定部５０７は、図１１に示すように、電流値ｉｄｃｋが０以上の規定された範囲内で各カットオフ周波数を徐々に変化させていくことで、各制御の切替ショックなどを引き起こす事態を回避することが可能となる。なお、設定部５０７は、図１１の例では、線形的に各カットオフ周波数の値を変化させているが、一例であり、これに限定されない。設定部５０７は、各カットオフ周波数の値を連続的に変化させることができればよいので、一次関数以外の関数を用いて各カットオフ周波数の値を変化させてもよい。設定部５０７は、前述のように関数を用いて電流値ｉｄｃｋに応じて各カットオフ周波数の値を演算して求めてもよいし、電流値ｉｄｃｋに応じた各カットオフ周波数の値を予め保持しておき、電流値ｉｄｃｋの値から各カットオフ周波数の値を読み取るようにしてもよい。
【0063】
積分制御部５０８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。
【0064】
機械角位相演算部５０９は、積分制御部５０８で得られた値に１／Ｐｍを乗算する、すなわち積分制御部５０８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。
【0065】
減算部５１０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）を速度偏差Δωとして算出する。
【0066】
電流ピーク制御部５１１は、δ軸電流を一定に制御する電流ピーク制御を行う。具体的には、電流ピーク制御部５１１は、機械角位相θｍに基づいて、速度偏差Δωに含まれる負荷変動成分を除去する。電流ピーク制御部５１１は、速度偏差Δωから負荷変動成分を除去したものを、新たな速度偏差Δωｆとして速度制御部５１２に出力する。電流ピーク制御部５１１は、例えば、ノッチフィルタによって構成される。図１２は、実施の形態１に係る電圧指令値演算部１１５が備える電流ピーク制御部５１１の構成例を示すブロック図である。電流ピーク制御部５１１は、乗算部５４１と、正弦演算部５４２と、余弦演算部５４３と、ローパスフィルタ５４４，５４５と、正弦演算部５４６と、余弦演算部５４７と、加算部５４８と、減算部５４９と、を備える。
【0067】
乗算部５４１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。
【0068】
正弦演算部５４２は、速度偏差Δω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５４４は、時定数Ｔｆｆのローパスフィルタリングを行って、正弦演算部５４２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。正弦演算部５４６は、ローパスフィルタ５４４で抽出された直流成分に正弦ｓｉｎ（ｎ×θｍ）を乗算し、複素平面上の虚軸方向の直流成分を演算する。
【0069】
余弦演算部５４３は、速度偏差Δω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５４５は、時定数Ｔｆｆのローパスフィルタリングを行って、余弦演算部５４３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。余弦演算部５４７は、ローパスフィルタ５４５で抽出された直流成分に余弦ｃｏｓ（ｎ×θｍ）を乗算し、複素平面上の実軸方向の直流成分を演算する。
【0070】
加算部５４８は、正弦演算部５４６で演算された複素平面上の虚軸方向の直流成分と、余弦演算部５４７で演算された複素平面上の実軸方向の直流成分とを加算し、機械角周波数のｎ倍成分に起因する交流量Δωｎｆを生成する。
【0071】
減算部５４９は、速度偏差Δωと交流量Δωｎｆとの差分を演算する。減算部５４９は、速度偏差Δωと交流量Δωｎｆとの差分を、速度偏差Δωから機械角周波数のｎ倍成分に起因する交流量Δωｎｆが除去された速度偏差Δωｆとして出力する。
【0072】
図８の説明に戻る。速度制御部５１２は、電流ピーク制御部５１１で演算された速度偏差Δωｆに基づいて、δ軸電流指令値である第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を演算する。速度制御部５１２は、例えば、比例制御、積分制御などを行って、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を演算する。
【0073】
負荷電流制御部５１３は、負荷電流Ｉｄｃを一定値に制御する負荷電流制御を行う。具体的には、負荷電流制御部５１３は、機械角位相θｍに基づいて、負荷に流れ込む負荷電流Ｉｄｃに含まれる負荷変動成分を除去する。負荷電流制御部５１３は、負荷電流Ｉｄｃから負荷変動成分を除去したものを交流量ｉδｌｃｃ
＊として加算部５１４に出力する。負荷電流制御部５１３は、例えば、ノッチフィルタによって構成される。図１３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５１３の構成例を示すブロック図である。負荷電流制御部５１３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。
【0074】
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。
【0075】
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。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。
【0076】
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。
【0077】
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ｉδｌｃｃ
＊を生成する。
【0078】
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。
【0079】
図８の説明に戻る。加算部５１４は、速度制御部５１２で生成された第１のトルク電流指令値ｉδ
＊と、負荷電流制御部５１３で生成された交流量ｉδｌｃｃ
＊とを加算して、δ軸電流指令値である第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊を生成する。
【0080】
減算部５１５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。
【0081】
減算部５１６は、第２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。
【0082】
γ軸電流制御部５１７は、減算部５１５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５１７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。
【0083】
δ軸電流制御部５１８は、減算部５１６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５１８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２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊に一致させるための制御を行う。
【0084】
このように、制御装置１００は、電流ピーク制御および負荷電流制御の制御割合を調整し、負荷電流制御の制御割合が大きくなるほど、モータ７に供給する電流においてモータ７の運転周波数である機械周波数の１倍成分が大きくなるようにインバータ３０の動作を制御する。制御装置１００は、モータ７の運転周波数が商用電源１の電源周波数の０．６倍または１．４倍の場合、モータ７に供給する電流においてモータ７の運転周波数である機械周波数の１倍成分が負荷電流制御を行わないときと比較して大きくなるように負荷電流制御を行う。
【0085】
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。
【0086】
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、調整部５０２は、電流ピーク制御部５１１で行われる電流ピーク制御、および負荷電流制御部５１３で行われる負荷電流制御の各制御の制御割合を調整し、電流ピーク制御部５１１に対するカットオフ周波数ωｆｆ、および負荷電流制御部５１３に対するカットオフ周波数ωｆｓを設定する（ステップＳ１）。電流ピーク制御部５１１は、カットオフ周波数ωｆｆを用いて電流ピーク制御を行い、速度偏差Δωｆを生成する（ステップＳ２）。速度制御部５１２は、速度偏差Δωｆを用いて、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊を生成する（ステップＳ３）。負荷電流制御部５１３は、カットオフ周波数ωｆｓを用いて負荷電流制御を行い、交流量ｉδｌｃｃ
＊を生成する（ステップＳ４）。加算部５１４は、第１のトルク電流指令値ｉδ
＊と交流量ｉδｌｃｃ
＊とを加算し、第２のトルク電流指令値ｉδ
＊＊を生成する（ステップＳ５）。
【0087】
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１５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。
【0088】
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。
【0089】
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、消費電力を低減する電流ピーク制御、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、電流ピーク制御および負荷電流制御の制御割合を調整する。これにより、電力変換装置２００は、消費電力を低減する制御および高調波成分の発生を抑制する制御の制御量を調整することができる。
【0090】
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。
【0091】
実施の形態２．
図１６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１６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１６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１６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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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】
【0099】
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 調整部、５０３ 電源高調波規格値計算部、５０４ 次数成分演算部、５０５，５１０，５１５，５１６，５２６，５２７，５４９ 減算部、５０６，５０８，５２８，５２９ 積分制御部、５０７ 設定部、５０９ 機械角位相演算部、５１１ 電流ピーク制御部、５１２ 速度制御部、５１３ 負荷電流制御部、５１４，５３２，５４８，６３０ 加算部、５１７ γ軸電流制御部、５１８ δ軸電流制御部、５２１，５４１，６２１，６２２ 乗算部、５２２，５３０，５４２，５４６ 正弦演算部、５２３，５３１，５４３，５４７ 余弦演算部、５２４，５２５，５４４，５４５，６２３，６２４ ローパスフィルタ、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、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】
【図16】