電力変換器制御装置
【課題】多重巻線型電動機に接続した複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、電力変換器で発生するスイッチング損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減する。
【解決手段】電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出する位置検出器２２と、電動機４の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部１１、１７と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部１３、１９と、磁極位置信号から電動機４の回転速度を演算する速度演算部１４と、変調率と電動機４の回転速度とに基づき、電力変換器２、３のスイッチング素子のスイッチングのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部１５、２０と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器２、３を駆動するゲートパルス出力部１６、２１とから構成される。
【解決手段】電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出する位置検出器２２と、電動機４の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部１１、１７と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部１３、１９と、磁極位置信号から電動機４の回転速度を演算する速度演算部１４と、変調率と電動機４の回転速度とに基づき、電力変換器２、３のスイッチング素子のスイッチングのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部１５、２０と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器２、３を駆動するゲートパルス出力部１６、２１とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子巻線が複数の巻線群として多重化された多重巻線型電動機を駆動する複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器は、交流電力系統と直流電力系統との間に接続され、電力を直流−交流変換する装置である。一般に、電動機をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御された電力変換器によって駆動するとき、電流高調波が発生しシステムに悪影響を与える。この電流高調波を低減する方法として、ＰＷＭ制御するためのスイッチング周波数を高く設定する方法や、スイッチングのパルス位相を、高調波を低減するよう適切に設計する方法などがある。
【０００３】
スイッチング周波数を高く設定する方法では、電動機の回転位相とは同期しない非同期のスイッチングタイミングでスイッチング素子をオン・オフし、スイッチング周波数を高く設定する。しかし、スイッチング周波数を高く設定すると電力変換器のスイッチング素子におけるスイッチング損失が増加することになり、電力変換器で発生する損失が増加し発熱量が大きくなる。
【０００４】
スイッチングのパルス位相を適切に設計する方法として、スイッチングのタイミングを電動機の回転位相に同期させる同期ＰＷＭ制御によってスイッチング位相を制御し、スイッチングのオン・オフ位相を適切に設計することにより、特定次数の高調波成分を低減する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、目標の高次高調波次数の高調波成分を低減するために、各電力変換装置のスイッチング周波数を同期させ、かつ適切な位相差を持たせる方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７６７４７号公報（段落［００１６］〜［００２２］、図１）
【特許文献２】特開２０１０−２３３２９２号公報（段落［００２８］〜［００４１］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１開示の装置では、変換用変圧器を用いて高調波を低減し、電力変換器の制御では１１次以上の比較的高い次数の高調波成分を低減しており、電力変換器の制御のみで低次の高調波成分を低減するものではないという問題がある。
また、特許文献２開示の方法では、各電力変換器のスイッチング周波数が同じであり、電動機の回転位相とは同期しないスイッチングタイミングで制御され、電力変換器で発生するスイッチング損失が大きくなり、実質的に低減可能な低次数の高調波成分は１種類の周波数成分に限定されるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、多重巻線型電動機を駆動するために接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することが可能な電力変換器制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換器制御装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、位置検出器からの磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率演算部で演算した変調率と速度演算部で演算した多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターン演算部で演算したパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換器制御装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、位置検出器からの磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率演算部で演算した変調率と速度演算部で演算した多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターン演算部で演算したパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるものであるため、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るスイッチングパルスパターン図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るスイッチングパルス位相説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るゲートパルス出力部のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るパルス位相テーブルである。
【図６】この発明の実施の形態２の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２の電力変換器制御装置に係る多重ゲートパルス出力部のブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３の電力変換器制御装置に係る多重ゲートパルス出力部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１は、多重巻線型電動機を駆動するためにＰＷＭ制御によってスイッチング素子をオン・オフ制御する複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、電流高調波を低減するよう各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するパルスパターンを変調率と回転速度から演算するパルスパターン演算部を備え、低次の高調波成分を低減するよう構成した電力変換器制御装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態１について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図１、スイッチングパルスパターン図である図２、スイッチングパルス位相説明図である図３、ゲートパルス出力部のブロック図である図４およびパルス位相テーブルである図５に基づいて説明する。
【００１２】
まず、本願発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置を含む全体システム構成について説明する。
図１は、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を示している
図１において、システム全体は、二重化した電力変換器制御装置１、第１電力変換器２、第２電力変換器３および多重巻線型電動機４から構成される。
多重巻線型電動機４は、電動機を構成する巻線が２つの巻線群として多重化された多重巻線型電動機であり、この多重巻線型電動機４を駆動するため、第１の巻線群に第１電力変換器２が接続され、第２の巻線群に第２電力変換器３が接続されている。
第１電力変換器２は、後で詳細に説明する電力変換器制御装置１の第１制御ブロック１２内の第１ゲートパルス出力部から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。また、第２電力変換器３は、電力変換器制御装置１の第２制御ブロック１８内の第２ゲートパルス出力部２１から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。
また、多重巻線型電動機４は、電力変換器制御装置１の制御に使用する多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出するための位置検出器２２を備えている。
【００１３】
次に、電力変換器制御装置１の構成について、説明する。
電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機４の第１の巻線群に対応する第１電力変換器２の制御に関わる第１電圧指令部１１と第１制御ブロック１２、および多重巻線型電動機４の第２の巻線群に対応する第２電力変換器３の制御に関わる第２電圧指令部１７と第２制御ブロック１８、さらに位置検出器２２と位相補正部２３から構成される。
【００１４】
第１電力変換器２の制御に関わる第１電圧指令部１１と第１制御ブロック１２について説明する。
第１電圧指令部１１では、図示されていない外部からトルク指令あるいは速度指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された第１電圧指令を生成し、第１変調率演算部１３と第１ゲートパルス出力部１６に出力する。第１変調率演算部１３では、
第１電圧指令部１１からの第１電圧指令に基づき、第１変調率を演算し、第１パルスパターン演算部１５に出力する。
多重巻線型電動機４に備えられた位置検出器２２で検出された多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号は、速度演算部１４に出力されるとともに、第１ゲートパルス出力部１６および位相補正部２３にも出力される。
速度演算部１４では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号から多重巻線型電動機４の回転速度を演算し、第１パルスパターン演算部１５に出力するとともに、第２制御ブロック１８内の第２パルスパターン演算部２０に出力する。
第１パルスパターン演算部１５では、第１変調率演算部１３からの第１変調率および速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転速度に基づき、第１電力変換器２の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
第１ゲートパルス出力部１６では、第１電圧指令部１１からの第１電圧指令と第１パルスパターン演算部１５からのパルスパターンと位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号とに基づき、第１電力変換器２をＰＷＭ制御する。
【００１５】
次に、第２電力変換器３の制御に関わる第２電圧指令部１７と第２制御ブロック１８について説明する。
ここで、位相補正部２３では、位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号に対して、多重巻線型電動機４の２つの巻線群の巻線位置の構造的角度差である電動機固有の値で補正を行い、補正した磁極位置信号（以下、補正磁極位置信号という）を第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
第２電圧指令部１７では、第１電圧指令部１１に入力される外部からトルク指令あるいは速度指令と同じ指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された第２電圧指令を生成し、第２変調率演算部１９と第２ゲートパルス出力部２１に出力する。第２変調率演算部１９では、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令に基づき、第２変調率を演算し、第２パルスパターン演算部２０に出力する。
第２パルスパターン演算部２０では、第２変調率演算部１９からの第２変調率および第１制御ブロック１２内の速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転速度に基づき、第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
第２ゲートパルス出力部２１では、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令と第２パルスパターン演算部２０からのパルスパターンと位相補正部２３からの補正磁極位置信号とに基づき、第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００１６】
実施の形態１では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出する位置検出器２２として、例えば、インクリメンタルエンコーダやレゾルバが用いられる。
本実施の形態１では、回転子の磁極位置を検出するために位置検出器を用いているが、位置検出器の代わりに回転検出器を使用することもできる。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置１の動作について、図１〜図５に基づいて説明する。
なお、第１電力変換器２の制御に関わる第１制御ブロック１２等と第２電力変換器３の制御に関わる第２制御ブロック１８等の動作は基本的に同じであるため、以下の説明では、適時第１電力変換器２の制御に関わる第１制御ブロック１２等を代表として説明する。
図１において、第１電圧指令部１１では、外部からのトルク指令あるいは回転速度指令に基づき、直交二相座標系で表された第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａが生成される。一般的に直交二相座標系は回転座標系のｄ−ｑ軸が用いられ、Ｖ＊ｄａはｄ軸上で、Ｖ＊ｑａはｑ軸上で表された第１電力変換器２を制御するための電圧指令である。
一方、第２電圧指令部１７では、第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂが生成される。
第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａ、および第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂは、多重巻線型電動機４の各巻線群に対応した電圧指令である。
【００１８】
第１変調率演算部１３では、第１電圧指令部１１からの第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａに基づき、変調率の演算を行う。第２変調率演算部１９においても、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂに基づき、変調率の演算を行う。
電圧指令をＶ＊ｄ、Ｖ＊ｑとすると、変調率ｍは、
【００１９】
【数１】
【００２０】
で計算される。
式（１）において、Ｖｄｃは、第１電力変換器２および第２電力変換器３に供給される直流電源（図示せず）の電圧である。
速度演算部１４は、位置検出器２２からの回転子の磁極位置信号（電気角位置信号）θｅを用いて、回転速度を計算する。電気角回転速度ωｅは、
【００２１】
【数２】
【００２２】
により演算される。また、電気角回転速度×極対数により、多重巻線型電動機４の機械角回転速度ωｍも計算される。
一般的に電動機で発生する損失や騒音は、電動機の回転速度によって変化するため、本発明の実施の形態１においては、多重巻線型電動機４の回転速度を考慮してスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンの演算を行う。
【００２３】
本実施の形態１では、第１電力変換器２および第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを多重巻線型電動機４の回転子の回転位相に同期させる同期ＰＷＭ方式を適用している。
第１パルスパターン演算部１５と第２パルスパターン演算部２０は、それぞれ第１変調率、第２変調率、および式（２）で演算された電気角回転速度を用いて、第１電力変換器２と第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第１ゲートパルス出力部１６および第２ゲートパルス出力部２１へ出力する。
なお、以下の説明では、「各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターン」を適時「パルスパターン」という。
【００２４】
本発明の実施の形態１では、制御は同期ＰＷＭ方式であるため、第１パルスパターン演算部１５および第２パルスパターン演算部２０が出力するそれぞれのパルスパターンは、多重巻線型電動機４の回転子の回転位相を基準に演算される。このパルスパターンは、第１電力変換器２および第２電力変換器３における電流の特定次数の高調波成分を低減するようなパターンになるように演算される。
本発明の実施の形態１では、多重巻線型電動機４の回転子の回転速度に応じたパルスパターンを演算しており、回転速度における低速度域と高速度域で異なる特性に対応することができる。
【００２５】
一般的に、同期ＰＷＭ制御において電流における低次の高調波成分を消去するときには、基本波の１／２サイクルの中心であるπ／２で対称なパルス位相でスイッチングを行う。１／２サイクルのスイッチング回数をｋ回（ｋは、３以上の奇数）とすると、１／４サイクル中には（ｋ−１）／２回のスイッチングを行い、電気角度０度を基準にしてパルスパターンを決定するパルス位相θ１〜θｎを定義し、このパルスパターンのパルス位相θ１〜θｎを適切に演算することにより高調波を低減する。
図２に電圧指令とパルスパターンの関係を示す。電圧指令は点線で表わされ、パルスパターンは実線で表されている。
図２の例は、１／４サイクルに３回のスイッチングを行うケースである。スイッチング素子をスイッチングするためのゲート信号をＧＰとすると、図２のパルスパターンでは、パルス位相θ１〜θ３と回転位相θｅの相対関係により
【００２６】
【数３】
【００２７】
となる。このとき、ゲート信号ＧＰは、πで奇対称な波形となる。この例では、１／４サイクルに３回のスイッチングを行っているが、スイッチング回数が増えても考え方は同じである。
【００２８】
次に低次の高調波成分を低減する同期ＰＷＭ方式におけるパルスパターンの設計方法の一例について説明する。
ＰＷＭ制御される電力変換器の出力波形におけるｎ次の高調波成分Ｅは、１／２サイクルのスイッチング回数ｋを用いて
【００２９】
【数４】
【００３０】
と表される。
ここで、位相０と位相πにおいては、必ずスイッチングを行い、位相０におけるスイッチングは、カウントしない。図２に示すような１／４サイクルに３回のスイッチングパターン（１／２サイクルに７回のスイッチングパターン）のケースで、５次および７次高調波を低減するパルスパターンを設計する場合、以下の式（５）を満たすようなパルスパターンのパルス位相θ１、θ２、θ３を求めることになる。
【００３１】
【数５】
【００３２】
式（５）は、ＰＷＭ制御するゲートパルス波形をフーリエ級数展開し、その基本波成分が変調率ｍと同じ値とし、５次と７次の項がゼロになる条件を示したものである。式（５）を連立方程式として解き、その解を求めることにより、パルスパターンのパルス位相θ１、θ２、θ３を求めることができる。
【００３３】
多重巻線型電動機で発生する高調波成分を低減するときにも同様の考え方が可能であるが、多重巻線型電動機に接続された複数の電力変換器の高調波低減方法として、多重巻線型電動機の回転子の回転位相に対して適切なパルス位相で制御する観点と、複数の巻線群に対応する電圧指令の間のパルス位相差の関係で制御する観点がある。
複数の電力変換器を同じスイッチングタイミングで駆動すると高調波が増加することが知られている。そのため、例えば複数の三相巻線群を備える多重巻線型電動機を駆動するときには、各巻線群のＵ相同士など同じ相の電圧のスイッチングが同時に起こらないように制御することが有効である。多重巻線型電動機では、構造上、各巻線群間に一定の位相差が発生するため、この差を考慮したパルスパターンの設計を行う。
【００３４】
図３は、２系統の電圧指令の間に位相差があるときにそれぞれのパルスパターンのパルス位相の関係を示したものである。図３において、２つの電圧指令の正弦波の間に存在している位相差が、多重巻線型電動機の巻線群位置の位相差を表している。
スイッチング回数は、図２の例と同様に、１／４サイクルに３回（１／２サイクルに７回）としており、第１電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相をθ１ａ〜θ３ａ、第２電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相をθ１ｂ〜θ３ｂとして示している。第１電圧指令と第２電圧指令は、独立に計算するため、電圧位相だけでなく基本波振幅も異なる。
第１の巻線群に対応する第１電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θ３ａと、第２の巻線群に対応する第２電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂの設計について説明する。
例として、二重化され１／４サイクルに３回のスイッチングパターンのケースで、５次および７次高調波を低減するパルスパターンのパルス位相を設計する場合、以下の式（６）を満たすパルス位相θ１ａ、θ２ａ、θ３ａ、およびθ１ｂ、θ２ｂ、θ３ｂを求めることになる。
【００３５】
【数６】
【００３６】
式（６）は、ＰＷＭ制御のゲートパルス波形をフーリエ級数展開し、第一の基本波成分が第１変調率ｍ１と同じ値で、第二の基本波成分が第２変調率ｍ２と同じ値となるようにし、それぞれの５次と７次の項がゼロになる条件を示したものである。式（６）を連立方程式として解き、パルス位相θ１ａ〜θ３ａとパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを求めることができる。
式（６）において、第１の巻線群に関するパルスパターンのパルス位相と第２の巻線群に関するパルスパターンのパルス位相の差となるΔθ１〜Δθ３を適切に設定することにより、一定のスイッチングタイミングのずれを確保してスイッチングを行うようにすれば高調波成分を低減することが可能である。
なお、Δθ１〜Δθ３は多重巻線型電動機４の各巻線間の位相差等を考慮して決定し、ある一定値の範囲内に収まるようにする。
【００３７】
式（６）の例では、５次と７次の高調波成分をゼロにしているが、多重巻線型電動機４の回転速度に応じてそれぞれの高調波成分の周波数が変化するため、あらゆる回転速度において常に５次と７次の成分を低減するのでなく、回転速度によって変えることが有効である。特に多重巻線型電動機４の損失に大きく影響を与える第１電力変換器２および第２電力変換器３の出力電流の高調波成分を低減するよう設定する。
多重巻線型電動機４の回転子の回転速度によってΔθ１〜Δθ３の値を変更してパルス位相θ１ａ〜θ３ａとパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを演算することで、第１電力変換器２および第２電力変換器３の出力電流の高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
また、多重巻線型電動機４が固有の周波数において損失が大きくなる特性を持つ場合は、パルスパターンのパルス位相の設計時に、その周波数近傍の高調波を低減するような設計方法も有効となる。
【００３８】
第１ゲートパルス出力部１６は、第１電圧指令部１１の出力する第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａ、第１パルスパターン演算部１５が演算し出力するパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａ、および位置検出器２２が検出する磁極位置信号θｅに基づいて、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するゲート信号を求める。
同様に、第２ゲートパルス出力部２１は、第２電圧指令部１７の出力する第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂ、第２パルスパターン演算部２０が演算し出力するパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θｎｂ、および磁極位置信号θｅが位相補正部２３で補正された磁極位置信号θ´ｅに基づいて、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するゲート信号を求める。
【００３９】
第１ゲートパルス出力部１６の構成および動作を、図４に基づき説明する。
図４において、第１パルスパターン演算部１５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に入力される。第１電圧指令部１１からの直交二相座標系で表された第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
後述する位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａの制御位相角（ＴＨＶ）を演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、後述する加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。この電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと１２０°位相進み回路３７の出力する１２０°進んだ電圧位相θのＶ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＶ相判定回路４０で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと１２０°位相進遅れ回路３８の出力する１２０°遅れた電圧位相θのＷ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＷ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相判定回路４０の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部４３は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子４６に出力する。Ｗ相判定回路４１の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子４７に出力する。
【００４０】
位相角演算部３４では、直交二相座標系の電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑを用いて、
【００４１】
【数７】
【００４２】
の演算により制御位相角ＴＨＶを演算する。
また、電圧位相θは、位置センサからの磁極位置信号θｅまたは補正された磁極位置信号θ´ｅを用いて、
【００４３】
【数８】
【００４４】
で計算され、加算器３６から出力される。
【００４５】
第２ゲートパルス出力部２１の構成、動作は、先に説明した第１ゲートパルス出力部１６と基本的に同じであり、相違点を以下に説明する。
第２パルスパターン演算部２０からのパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θｎｂが、入力端子３１に入力され、第２電圧指令部１７からの直交二相座標系で表された第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが位相補正部２３で補正され、この補正磁極位置信号θ´ｅが入力端子３３に入力される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第２電力変換器３を駆動するためＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相判定回路４０の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部４３は第２電力変換器３を駆動するためＶ相電圧信号を増幅し、出力端子４６に出力する。Ｗ相判定回路４１の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部４４は第２電力変換器３を駆動するためＷ相電圧信号を増幅し、出力端子４７に出力する。
【００４６】
Ｕ相判定回路３９、Ｖ相判定回路４０、およびＷ相判定回路４１では、１／４サイクルに３回のスイッチング（１／２サイクルに７回のスイッチング）のケースでパルス位相θ１〜θ３（θ１ａ〜θ３ａ、θ１ｂ〜θ３ｂ）が入力される場合、式（３）に示した判定を行い、ゲート信号を生成する。１回転周期のスイッチング回数をさらに多くする場合は、パルス位相θ１〜θ３（θ１ａ〜θ３ａ、θ１ｂ〜θ３ｂ）の数が多くなる。
【００４７】
第１ゲートパルス出力部１６および第２ゲートパルス出力部２１により、各々ＰＷＭ制御された第１電力変換器２および第２電力変換器３が、多重巻線型電動機４のそれぞれの巻線群を駆動する。
【００４８】
次に、パルスパターンのパルス位相を演算ではなく、テーブルを参照して求める場合について説明する。
図１において、第１パルスパターン演算部１５は、第１変調率と回転速度から第１電力変換器２を制御するパルスパターンのパルス位相を演算し、第２パルスパターン演算部２０は、第２変調率と回転速度から第２電力変換器３を制御するパルスパターンのパルス位相を演算して出力する。あらかじめ変調率と回転速度を変数として、パルスパターンのパルス位相を計算した結果をメモリ上のパルス位相テーブルに保存しておき、第１パルスパターン演算部１５および第２パルスパターン演算部２０でパルスパターンのパルス位相を演算する際に、このパルス位相テーブルを参照することで、パルスパターンのパルス位相を求める。
【００４９】
図５は、そのパルス位相テーブルの一例を示したものであり、この例では、回転速度と変調率を変数とした２次元テーブルのそれぞれの欄に第１電力変換器２用と第２電力変換器３用としてｎ個のパルス位相θ１〜θｎ（θ１ａ〜θｎａ、θ１ｂ〜θｎｂ）を保存している。
このとき、回転速度は１０００［ｒｐｍ］〜８０００［ｒｐｍ］を１０００［ｒｐｍ］ステップで切り替え、変調率は０．１ステップで切り替えている。
なお、図５において、回転速度１０００、２０００［ｒｐｍ］の欄が空欄となっているは、低速度領域では同期ＰＷＭ制御が難しく、非同期ＰＷＭ制御を適用する方が適切だからである。
第１パルスパターン演算部１５は、図５のパルス位相テーブルから求めたパルス位相θ１ａ〜θｎａを第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
また、第２パルスパターン演算部２０は、図５のパルス位相テーブルから求めたパルス位相θ１ｂ〜θｎｂを第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
【００５０】
ここで、回転速度および変調率は、連続的に変化する。このため、パルス位相テーブルを参照するときは、回転速度および変調率の値を四捨五入してからパルス位相テーブルのデータを参照するか、パルス位相テーブルのデータを用いて線形外挿して、回転速度および変調率の値に対応したパルス位相の値を求める。
【００５１】
上記において、パルスパターンのパルス位相を演算ではなく、パルス位相テーブルを参照して求める場合について説明したが、近似関数を使用して計算することもできる。
例えば、３次関数の式（９）を用いて、近似的にθ１〜θ３を計算することができる。
【００５２】
【数９】
【００５３】
ここで、ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ３、あるいはｄ１〜ｄ３は、あらかじめ設定された係数である。
したがって、第１パルスパターン演算部１５は、あらかじめ設定されたａ１ａ〜ａ３ａ、ｂ１ａ〜ｂ３ａ、ｃ１ａ〜ｃ３ａ、ｄ１ａ〜ｄ３ａを使用して、近似式（９）を用いて、このパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θ３ａを計算し、第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
また、第２パルスパターン演算部２０は、あらかじめ設定されたａ１ｂ〜ａ３ｂ、ｂ１ｂ〜ｂ３ｂ、ｃ１ｂ〜ｃ３ｂ、ｄ１ｂ〜ｄ３ｂを使用して、近似式（９）を用いて、パルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを計算して第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
【００５４】
本願発明の実施の形態１では、多重巻線型電動機として２つの巻線群を有する三相交流電動機を例として説明を行ったが、本発明は多群多相電動機を対象としており、特に相数や巻線群の数が限定されるものではない。また対象となる多重巻線型電動機は永久磁石型同期電動機でも誘導電動機でもいずれの電動機でもよい。また、高調波を低減する方法はさまざまな設計方法が考えられるが、本願発明は電力変換器制御装置が用いるパルスパターンのパルス位相の設計方法として、フーリエ級数展開した多項式を使用する方法に限定されるものではない。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるため、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００５６】
また、パルスパターン演算部におけるパルスパターンの演算を、パルス位相データをあらかじめ計算して保存したパルス位相テーブルを参照して行うか、あるいは近似式を用いて行うことでパルスパターン演算部における演算を簡素化することができる。
【００５７】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【００５８】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１は、実施の形態１とは異なり、直交二相座標系の電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑを多重巻線型電動機の複数の巻線群に対して共通化し、多重巻線型電動機の各巻線群に対応した各々別のパルスパターンのパルス位相により第１および第２電力変換器をＰＷＭ制御する構成としたものである。
以下、本願発明の実施の形態２について、電力変換器制御装置５１に係るシステム構成図である図６、多重ゲートパルス出力部のブロック図である図７に基づいて説明する。
【００５９】
まず、本願発明の実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１を含む全体システム構成について説明する。
図６は、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１に係るシステム構成図である。図６において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
図６は、実施の形態１と同様、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を示している。
図６において、システム全体は、二重化した電力変換器制御装置５１、第１電力変換器２、第２電力変換器３および多重巻線型電動機４から構成される。
第１電力変換器２および第２電力変換器３は、後で説明する電力変換器制御装置５１の制御ブロック５３内の多重ゲートパルス出力部から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。
また、多重巻線型電動機４は、電力変換器制御装置５１の制御に使用する回転子の磁極位置を検出するための位置検出器２２を備えている。
【００６０】
次に、電力変換器制御装置５１の構成について説明する。
電力変換器制御装置５１は、多重巻線型電動機４の第１の巻線群に対応する第１電力変換器２およびの多重巻線型電動機４の第２の巻線群に対応する第２電力変換器３の制御に共通に関わる電圧指令部５２と制御ブロック５３と、さらに位置検出器２２から構成される。
【００６１】
制御ブロック５３について説明する。
電圧指令部５２では、図示されていない外部からトルク指令あるいは速度指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された電圧指令を生成し、変調率演算部５４と多重ゲートパルス出力部５６に出力する。変調率演算部５４では、電圧指令部５２からの電圧指令に基づき、変調率を演算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重巻線型電動機４に備えられた位置検出器２２で検出された多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号は、速度演算部１４と多重ゲートパルス出力部５６に出力される。
速度演算部１４では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号から多重巻線型電動機４の回転速度を演算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重パルスパターン演算部５５では、変調率演算部５４からの変調率および速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転子の回転速度に基づき、第１電力変換器２および第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、多重ゲートパルス出力部５６に出力する。
多重ゲートパルス出力部５６では、電圧指令部５２からの電圧指令と多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンと位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号とに基づき、第１電力変換器２および第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１の動作について、図６、図７に基づいて実施の形態１に係る電力変換器制御装置１との差異を中心に説明する。
図６において、電圧指令部５２では、外部からのトルク指令あるいは速度指令に基づき、直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが生成される。この電圧指令は多重巻線型電動機４の各巻線群に共通の電圧指令である。
【００６３】
変調率演算部５４では、電圧指令部５２からの電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑに基づき、変調率ｍの演算を式（１）で行う。
速度演算部１４は、位置検出器２２からの回転子の磁極位置信号（電気角位置信号）θｅから式（２）で電気角回転速度ωｅを計算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重パルスパターン演算部５５では、変調率演算部５４で演算した変調率ｍと電気角回転速度ωｅに基づいて、第１電力変換器２と第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定する２種類のパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａおよびθ１ｂ〜θｎｂを演算して、多重ゲートパルス出力部５６へ出力する。
多重ゲートパルス出力部５６は、電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑ、多重パルスパターン演算部５５が出力するパルス位相θ１ａ〜θｎａ、θ１ｂ〜θｎｂ、および位置検出器２２からの位相情報θｅからゲート信号を生成し、第１電力変換器２と第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００６４】
多重ゲートパルス出力部５６の構成および動作を、図７に基づいて説明する。図７において、図４と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂが入力端子５７に入力される。電圧指令部５２からの直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑの制御位相角（ＴＨＶ）を式（７）で演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、式（８）により加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。
【００６５】
まず、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部４２〜４４関連について説明する。
加算器３６の出力である電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相判定回路４０、Ｗ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相ゲート出力部４３、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号、Ｗ相電圧信号を増幅し、出力端子４６、４７に出力する。
【００６６】
次に、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部６４〜６６関連について説明する。
位相補正部５８では、加算器３６の出力である電圧位相θに対して、多重巻線型電動機４の２つの巻線群の巻線位置の構造的角度差である電動機固有の値で補正を行う。この補正された電圧位相θ´（以下、補正電圧位相θ´という）は、１２０°位相進み回路５９で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路６０で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと位相補正部５８が出力する電圧位相θ´のＵ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＵ相判定回路６１で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相進み回路５９の出力する１２０°進んだ補正電圧位相θ´のＵ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＶ相判定回路６２で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相遅れ回路６０の出力する１２０°遅れた補正電圧位相θ´のＷ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＷ相判定回路６３で判定される。
Ｕ相判定回路６１の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部６４は第２電力変換器３を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子６７に出力する。Ｖ相判定回路６２の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部６５は第２電力変換器３を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子６８に出力する。Ｗ相判定回路６３の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部６６は第２電力変換器３を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子６９に出力する。
【００６７】
以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１は、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とを共通化あるいは統合化した構成としているため、実施の形態１に比較して簡素な構成で、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００６８】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【００６９】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換器制御装置は、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１に対して、多重巻線型電動機の巻線群の巻線位置の構造的角度差の補正を行わず多重パルス出力部の共通化を図り、多重巻線型電動機の巻線群に対応した各々別のパルスパターンのパルス位相により第１および第２電力変換器をＰＷＭ制御する構成としたものである。
実施の形態３においても、実施の形態１、２と同様、２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を想定している。
【００７０】
以下、実施の形態３の電力変換器制御装置は、実施の形態２の電力変換器制御装置５１と異なる点は、多重ゲートパルス出力部の構成のみであるため、多重ゲートパルス出力部の構成および動作を多重ゲートパルス出力部７０のブロック図である図８に基づいて説明する。
図８において、図７と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００７１】
多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂが入力端子５７に入力される。電圧指令部５２からの直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑの制御位相角（ＴＨＶ）を式（７）で演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、式（８）により加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。
【００７２】
まず、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部４２〜４４関連について説明する。
加算器３６の出力である電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相判定回路４０、Ｗ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相ゲート出力部４３、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号、Ｗ相電圧信号を増幅し、出力端子４６、４７に出力する。
【００７３】
次に、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部７４〜７６関連について説明する。
実施の形態３では、実施の形態２のように位相補正部を設けていないために、加算器３６で計算された電圧位相θを補正せずにそのまま用いる。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路７１で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相進み回路３７の出力する１２０°進んだ補正電圧位相θのＶ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＶ相判定回路７２で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相遅れ回路３８の出力する１２０°遅れた電圧位相θのＷ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＷ相判定回路７３で判定される。
Ｕ相判定回路７１の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部７４は第２電力変換器３を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子７７に出力する。Ｖ相判定回路７２の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部７５は第２電力変換器３を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子７８に出力する。Ｗ相判定回路７３の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部７６は第２電力変換器３を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子７９に出力する。
【００７４】
以上説明したように、実施の形態３に係る電力変換器制御装置は、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とをさらに共通化あるいは統合化した構成としているため、実施の形態２に比較してより簡素な構成で、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００７５】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，５１ 電力変換器制御装置、２ 第１電力変換器、３ 第２電力変換器、
４ 多重巻線型電動機、１１ 第１電圧指令部、１３ 第１変調率演算部、
１４ 速度演算部、１５ 第１パルスパターン演算部 、
１６ 第１ゲートパルス出力部、１７ 第２電圧指令部、１９ 第２変調率演算部、
２０ 第２パルスパターン演算部、２１ 第２ゲートパルス出力部、
２２ 位置検出器、２３，５８ 位相補正部、５２ 電圧指令部、５４ 変調率演算部、５５ 多重パルスパターン演算部、５６，７０ 多重ゲートパルス出力部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子巻線が複数の巻線群として多重化された多重巻線型電動機を駆動する複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器は、交流電力系統と直流電力系統との間に接続され、電力を直流−交流変換する装置である。一般に、電動機をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御された電力変換器によって駆動するとき、電流高調波が発生しシステムに悪影響を与える。この電流高調波を低減する方法として、ＰＷＭ制御するためのスイッチング周波数を高く設定する方法や、スイッチングのパルス位相を、高調波を低減するよう適切に設計する方法などがある。
【０００３】
スイッチング周波数を高く設定する方法では、電動機の回転位相とは同期しない非同期のスイッチングタイミングでスイッチング素子をオン・オフし、スイッチング周波数を高く設定する。しかし、スイッチング周波数を高く設定すると電力変換器のスイッチング素子におけるスイッチング損失が増加することになり、電力変換器で発生する損失が増加し発熱量が大きくなる。
【０００４】
スイッチングのパルス位相を適切に設計する方法として、スイッチングのタイミングを電動機の回転位相に同期させる同期ＰＷＭ制御によってスイッチング位相を制御し、スイッチングのオン・オフ位相を適切に設計することにより、特定次数の高調波成分を低減する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、目標の高次高調波次数の高調波成分を低減するために、各電力変換装置のスイッチング周波数を同期させ、かつ適切な位相差を持たせる方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２７６７４７号公報（段落［００１６］〜［００２２］、図１）
【特許文献２】特開２０１０−２３３２９２号公報（段落［００２８］〜［００４１］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１開示の装置では、変換用変圧器を用いて高調波を低減し、電力変換器の制御では１１次以上の比較的高い次数の高調波成分を低減しており、電力変換器の制御のみで低次の高調波成分を低減するものではないという問題がある。
また、特許文献２開示の方法では、各電力変換器のスイッチング周波数が同じであり、電動機の回転位相とは同期しないスイッチングタイミングで制御され、電力変換器で発生するスイッチング損失が大きくなり、実質的に低減可能な低次数の高調波成分は１種類の周波数成分に限定されるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、多重巻線型電動機を駆動するために接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することが可能な電力変換器制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換器制御装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、位置検出器からの磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率演算部で演算した変調率と速度演算部で演算した多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターン演算部で演算したパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換器制御装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、位置検出器からの磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率演算部で演算した変調率と速度演算部で演算した多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターン演算部で演算したパルスパターンと磁極位置信号に基づき、電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるものであるため、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るスイッチングパルスパターン図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るスイッチングパルス位相説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るゲートパルス出力部のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電力変換器制御装置に係るパルス位相テーブルである。
【図６】この発明の実施の形態２の電力変換器制御装置に係るシステム構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２の電力変換器制御装置に係る多重ゲートパルス出力部のブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３の電力変換器制御装置に係る多重ゲートパルス出力部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１は、多重巻線型電動機を駆動するためにＰＷＭ制御によってスイッチング素子をオン・オフ制御する複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、電流高調波を低減するよう各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するパルスパターンを変調率と回転速度から演算するパルスパターン演算部を備え、低次の高調波成分を低減するよう構成した電力変換器制御装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態１について、電力変換器制御装置に係るシステム構成図である図１、スイッチングパルスパターン図である図２、スイッチングパルス位相説明図である図３、ゲートパルス出力部のブロック図である図４およびパルス位相テーブルである図５に基づいて説明する。
【００１２】
まず、本願発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置を含む全体システム構成について説明する。
図１は、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を示している
図１において、システム全体は、二重化した電力変換器制御装置１、第１電力変換器２、第２電力変換器３および多重巻線型電動機４から構成される。
多重巻線型電動機４は、電動機を構成する巻線が２つの巻線群として多重化された多重巻線型電動機であり、この多重巻線型電動機４を駆動するため、第１の巻線群に第１電力変換器２が接続され、第２の巻線群に第２電力変換器３が接続されている。
第１電力変換器２は、後で詳細に説明する電力変換器制御装置１の第１制御ブロック１２内の第１ゲートパルス出力部から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。また、第２電力変換器３は、電力変換器制御装置１の第２制御ブロック１８内の第２ゲートパルス出力部２１から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。
また、多重巻線型電動機４は、電力変換器制御装置１の制御に使用する多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出するための位置検出器２２を備えている。
【００１３】
次に、電力変換器制御装置１の構成について、説明する。
電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機４の第１の巻線群に対応する第１電力変換器２の制御に関わる第１電圧指令部１１と第１制御ブロック１２、および多重巻線型電動機４の第２の巻線群に対応する第２電力変換器３の制御に関わる第２電圧指令部１７と第２制御ブロック１８、さらに位置検出器２２と位相補正部２３から構成される。
【００１４】
第１電力変換器２の制御に関わる第１電圧指令部１１と第１制御ブロック１２について説明する。
第１電圧指令部１１では、図示されていない外部からトルク指令あるいは速度指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された第１電圧指令を生成し、第１変調率演算部１３と第１ゲートパルス出力部１６に出力する。第１変調率演算部１３では、
第１電圧指令部１１からの第１電圧指令に基づき、第１変調率を演算し、第１パルスパターン演算部１５に出力する。
多重巻線型電動機４に備えられた位置検出器２２で検出された多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号は、速度演算部１４に出力されるとともに、第１ゲートパルス出力部１６および位相補正部２３にも出力される。
速度演算部１４では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号から多重巻線型電動機４の回転速度を演算し、第１パルスパターン演算部１５に出力するとともに、第２制御ブロック１８内の第２パルスパターン演算部２０に出力する。
第１パルスパターン演算部１５では、第１変調率演算部１３からの第１変調率および速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転速度に基づき、第１電力変換器２の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
第１ゲートパルス出力部１６では、第１電圧指令部１１からの第１電圧指令と第１パルスパターン演算部１５からのパルスパターンと位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号とに基づき、第１電力変換器２をＰＷＭ制御する。
【００１５】
次に、第２電力変換器３の制御に関わる第２電圧指令部１７と第２制御ブロック１８について説明する。
ここで、位相補正部２３では、位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号に対して、多重巻線型電動機４の２つの巻線群の巻線位置の構造的角度差である電動機固有の値で補正を行い、補正した磁極位置信号（以下、補正磁極位置信号という）を第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
第２電圧指令部１７では、第１電圧指令部１１に入力される外部からトルク指令あるいは速度指令と同じ指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された第２電圧指令を生成し、第２変調率演算部１９と第２ゲートパルス出力部２１に出力する。第２変調率演算部１９では、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令に基づき、第２変調率を演算し、第２パルスパターン演算部２０に出力する。
第２パルスパターン演算部２０では、第２変調率演算部１９からの第２変調率および第１制御ブロック１２内の速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転速度に基づき、第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
第２ゲートパルス出力部２１では、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令と第２パルスパターン演算部２０からのパルスパターンと位相補正部２３からの補正磁極位置信号とに基づき、第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００１６】
実施の形態１では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置を検出する位置検出器２２として、例えば、インクリメンタルエンコーダやレゾルバが用いられる。
本実施の形態１では、回転子の磁極位置を検出するために位置検出器を用いているが、位置検出器の代わりに回転検出器を使用することもできる。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態１に係る電力変換器制御装置１の動作について、図１〜図５に基づいて説明する。
なお、第１電力変換器２の制御に関わる第１制御ブロック１２等と第２電力変換器３の制御に関わる第２制御ブロック１８等の動作は基本的に同じであるため、以下の説明では、適時第１電力変換器２の制御に関わる第１制御ブロック１２等を代表として説明する。
図１において、第１電圧指令部１１では、外部からのトルク指令あるいは回転速度指令に基づき、直交二相座標系で表された第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａが生成される。一般的に直交二相座標系は回転座標系のｄ−ｑ軸が用いられ、Ｖ＊ｄａはｄ軸上で、Ｖ＊ｑａはｑ軸上で表された第１電力変換器２を制御するための電圧指令である。
一方、第２電圧指令部１７では、第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂが生成される。
第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａ、および第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂは、多重巻線型電動機４の各巻線群に対応した電圧指令である。
【００１８】
第１変調率演算部１３では、第１電圧指令部１１からの第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａに基づき、変調率の演算を行う。第２変調率演算部１９においても、第２電圧指令部１７からの第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂに基づき、変調率の演算を行う。
電圧指令をＶ＊ｄ、Ｖ＊ｑとすると、変調率ｍは、
【００１９】
【数１】
【００２０】
で計算される。
式（１）において、Ｖｄｃは、第１電力変換器２および第２電力変換器３に供給される直流電源（図示せず）の電圧である。
速度演算部１４は、位置検出器２２からの回転子の磁極位置信号（電気角位置信号）θｅを用いて、回転速度を計算する。電気角回転速度ωｅは、
【００２１】
【数２】
【００２２】
により演算される。また、電気角回転速度×極対数により、多重巻線型電動機４の機械角回転速度ωｍも計算される。
一般的に電動機で発生する損失や騒音は、電動機の回転速度によって変化するため、本発明の実施の形態１においては、多重巻線型電動機４の回転速度を考慮してスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンの演算を行う。
【００２３】
本実施の形態１では、第１電力変換器２および第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを多重巻線型電動機４の回転子の回転位相に同期させる同期ＰＷＭ方式を適用している。
第１パルスパターン演算部１５と第２パルスパターン演算部２０は、それぞれ第１変調率、第２変調率、および式（２）で演算された電気角回転速度を用いて、第１電力変換器２と第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、第１ゲートパルス出力部１６および第２ゲートパルス出力部２１へ出力する。
なお、以下の説明では、「各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターン」を適時「パルスパターン」という。
【００２４】
本発明の実施の形態１では、制御は同期ＰＷＭ方式であるため、第１パルスパターン演算部１５および第２パルスパターン演算部２０が出力するそれぞれのパルスパターンは、多重巻線型電動機４の回転子の回転位相を基準に演算される。このパルスパターンは、第１電力変換器２および第２電力変換器３における電流の特定次数の高調波成分を低減するようなパターンになるように演算される。
本発明の実施の形態１では、多重巻線型電動機４の回転子の回転速度に応じたパルスパターンを演算しており、回転速度における低速度域と高速度域で異なる特性に対応することができる。
【００２５】
一般的に、同期ＰＷＭ制御において電流における低次の高調波成分を消去するときには、基本波の１／２サイクルの中心であるπ／２で対称なパルス位相でスイッチングを行う。１／２サイクルのスイッチング回数をｋ回（ｋは、３以上の奇数）とすると、１／４サイクル中には（ｋ−１）／２回のスイッチングを行い、電気角度０度を基準にしてパルスパターンを決定するパルス位相θ１〜θｎを定義し、このパルスパターンのパルス位相θ１〜θｎを適切に演算することにより高調波を低減する。
図２に電圧指令とパルスパターンの関係を示す。電圧指令は点線で表わされ、パルスパターンは実線で表されている。
図２の例は、１／４サイクルに３回のスイッチングを行うケースである。スイッチング素子をスイッチングするためのゲート信号をＧＰとすると、図２のパルスパターンでは、パルス位相θ１〜θ３と回転位相θｅの相対関係により
【００２６】
【数３】
【００２７】
となる。このとき、ゲート信号ＧＰは、πで奇対称な波形となる。この例では、１／４サイクルに３回のスイッチングを行っているが、スイッチング回数が増えても考え方は同じである。
【００２８】
次に低次の高調波成分を低減する同期ＰＷＭ方式におけるパルスパターンの設計方法の一例について説明する。
ＰＷＭ制御される電力変換器の出力波形におけるｎ次の高調波成分Ｅは、１／２サイクルのスイッチング回数ｋを用いて
【００２９】
【数４】
【００３０】
と表される。
ここで、位相０と位相πにおいては、必ずスイッチングを行い、位相０におけるスイッチングは、カウントしない。図２に示すような１／４サイクルに３回のスイッチングパターン（１／２サイクルに７回のスイッチングパターン）のケースで、５次および７次高調波を低減するパルスパターンを設計する場合、以下の式（５）を満たすようなパルスパターンのパルス位相θ１、θ２、θ３を求めることになる。
【００３１】
【数５】
【００３２】
式（５）は、ＰＷＭ制御するゲートパルス波形をフーリエ級数展開し、その基本波成分が変調率ｍと同じ値とし、５次と７次の項がゼロになる条件を示したものである。式（５）を連立方程式として解き、その解を求めることにより、パルスパターンのパルス位相θ１、θ２、θ３を求めることができる。
【００３３】
多重巻線型電動機で発生する高調波成分を低減するときにも同様の考え方が可能であるが、多重巻線型電動機に接続された複数の電力変換器の高調波低減方法として、多重巻線型電動機の回転子の回転位相に対して適切なパルス位相で制御する観点と、複数の巻線群に対応する電圧指令の間のパルス位相差の関係で制御する観点がある。
複数の電力変換器を同じスイッチングタイミングで駆動すると高調波が増加することが知られている。そのため、例えば複数の三相巻線群を備える多重巻線型電動機を駆動するときには、各巻線群のＵ相同士など同じ相の電圧のスイッチングが同時に起こらないように制御することが有効である。多重巻線型電動機では、構造上、各巻線群間に一定の位相差が発生するため、この差を考慮したパルスパターンの設計を行う。
【００３４】
図３は、２系統の電圧指令の間に位相差があるときにそれぞれのパルスパターンのパルス位相の関係を示したものである。図３において、２つの電圧指令の正弦波の間に存在している位相差が、多重巻線型電動機の巻線群位置の位相差を表している。
スイッチング回数は、図２の例と同様に、１／４サイクルに３回（１／２サイクルに７回）としており、第１電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相をθ１ａ〜θ３ａ、第２電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相をθ１ｂ〜θ３ｂとして示している。第１電圧指令と第２電圧指令は、独立に計算するため、電圧位相だけでなく基本波振幅も異なる。
第１の巻線群に対応する第１電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θ３ａと、第２の巻線群に対応する第２電圧指令に関するパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂの設計について説明する。
例として、二重化され１／４サイクルに３回のスイッチングパターンのケースで、５次および７次高調波を低減するパルスパターンのパルス位相を設計する場合、以下の式（６）を満たすパルス位相θ１ａ、θ２ａ、θ３ａ、およびθ１ｂ、θ２ｂ、θ３ｂを求めることになる。
【００３５】
【数６】
【００３６】
式（６）は、ＰＷＭ制御のゲートパルス波形をフーリエ級数展開し、第一の基本波成分が第１変調率ｍ１と同じ値で、第二の基本波成分が第２変調率ｍ２と同じ値となるようにし、それぞれの５次と７次の項がゼロになる条件を示したものである。式（６）を連立方程式として解き、パルス位相θ１ａ〜θ３ａとパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを求めることができる。
式（６）において、第１の巻線群に関するパルスパターンのパルス位相と第２の巻線群に関するパルスパターンのパルス位相の差となるΔθ１〜Δθ３を適切に設定することにより、一定のスイッチングタイミングのずれを確保してスイッチングを行うようにすれば高調波成分を低減することが可能である。
なお、Δθ１〜Δθ３は多重巻線型電動機４の各巻線間の位相差等を考慮して決定し、ある一定値の範囲内に収まるようにする。
【００３７】
式（６）の例では、５次と７次の高調波成分をゼロにしているが、多重巻線型電動機４の回転速度に応じてそれぞれの高調波成分の周波数が変化するため、あらゆる回転速度において常に５次と７次の成分を低減するのでなく、回転速度によって変えることが有効である。特に多重巻線型電動機４の損失に大きく影響を与える第１電力変換器２および第２電力変換器３の出力電流の高調波成分を低減するよう設定する。
多重巻線型電動機４の回転子の回転速度によってΔθ１〜Δθ３の値を変更してパルス位相θ１ａ〜θ３ａとパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを演算することで、第１電力変換器２および第２電力変換器３の出力電流の高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
また、多重巻線型電動機４が固有の周波数において損失が大きくなる特性を持つ場合は、パルスパターンのパルス位相の設計時に、その周波数近傍の高調波を低減するような設計方法も有効となる。
【００３８】
第１ゲートパルス出力部１６は、第１電圧指令部１１の出力する第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａ、第１パルスパターン演算部１５が演算し出力するパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａ、および位置検出器２２が検出する磁極位置信号θｅに基づいて、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するゲート信号を求める。
同様に、第２ゲートパルス出力部２１は、第２電圧指令部１７の出力する第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂ、第２パルスパターン演算部２０が演算し出力するパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θｎｂ、および磁極位置信号θｅが位相補正部２３で補正された磁極位置信号θ´ｅに基づいて、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するゲート信号を求める。
【００３９】
第１ゲートパルス出力部１６の構成および動作を、図４に基づき説明する。
図４において、第１パルスパターン演算部１５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に入力される。第１電圧指令部１１からの直交二相座標系で表された第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
後述する位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄａ、Ｖ＊ｑａの制御位相角（ＴＨＶ）を演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、後述する加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。この電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと１２０°位相進み回路３７の出力する１２０°進んだ電圧位相θのＶ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＶ相判定回路４０で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと１２０°位相進遅れ回路３８の出力する１２０°遅れた電圧位相θのＷ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＷ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相判定回路４０の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部４３は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子４６に出力する。Ｗ相判定回路４１の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子４７に出力する。
【００４０】
位相角演算部３４では、直交二相座標系の電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑを用いて、
【００４１】
【数７】
【００４２】
の演算により制御位相角ＴＨＶを演算する。
また、電圧位相θは、位置センサからの磁極位置信号θｅまたは補正された磁極位置信号θ´ｅを用いて、
【００４３】
【数８】
【００４４】
で計算され、加算器３６から出力される。
【００４５】
第２ゲートパルス出力部２１の構成、動作は、先に説明した第１ゲートパルス出力部１６と基本的に同じであり、相違点を以下に説明する。
第２パルスパターン演算部２０からのパルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θｎｂが、入力端子３１に入力され、第２電圧指令部１７からの直交二相座標系で表された第２電圧指令Ｖ＊ｄｂ、Ｖ＊ｑｂが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが位相補正部２３で補正され、この補正磁極位置信号θ´ｅが入力端子３３に入力される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第２電力変換器３を駆動するためＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相判定回路４０の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部４３は第２電力変換器３を駆動するためＶ相電圧信号を増幅し、出力端子４６に出力する。Ｗ相判定回路４１の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部４４は第２電力変換器３を駆動するためＷ相電圧信号を増幅し、出力端子４７に出力する。
【００４６】
Ｕ相判定回路３９、Ｖ相判定回路４０、およびＷ相判定回路４１では、１／４サイクルに３回のスイッチング（１／２サイクルに７回のスイッチング）のケースでパルス位相θ１〜θ３（θ１ａ〜θ３ａ、θ１ｂ〜θ３ｂ）が入力される場合、式（３）に示した判定を行い、ゲート信号を生成する。１回転周期のスイッチング回数をさらに多くする場合は、パルス位相θ１〜θ３（θ１ａ〜θ３ａ、θ１ｂ〜θ３ｂ）の数が多くなる。
【００４７】
第１ゲートパルス出力部１６および第２ゲートパルス出力部２１により、各々ＰＷＭ制御された第１電力変換器２および第２電力変換器３が、多重巻線型電動機４のそれぞれの巻線群を駆動する。
【００４８】
次に、パルスパターンのパルス位相を演算ではなく、テーブルを参照して求める場合について説明する。
図１において、第１パルスパターン演算部１５は、第１変調率と回転速度から第１電力変換器２を制御するパルスパターンのパルス位相を演算し、第２パルスパターン演算部２０は、第２変調率と回転速度から第２電力変換器３を制御するパルスパターンのパルス位相を演算して出力する。あらかじめ変調率と回転速度を変数として、パルスパターンのパルス位相を計算した結果をメモリ上のパルス位相テーブルに保存しておき、第１パルスパターン演算部１５および第２パルスパターン演算部２０でパルスパターンのパルス位相を演算する際に、このパルス位相テーブルを参照することで、パルスパターンのパルス位相を求める。
【００４９】
図５は、そのパルス位相テーブルの一例を示したものであり、この例では、回転速度と変調率を変数とした２次元テーブルのそれぞれの欄に第１電力変換器２用と第２電力変換器３用としてｎ個のパルス位相θ１〜θｎ（θ１ａ〜θｎａ、θ１ｂ〜θｎｂ）を保存している。
このとき、回転速度は１０００［ｒｐｍ］〜８０００［ｒｐｍ］を１０００［ｒｐｍ］ステップで切り替え、変調率は０．１ステップで切り替えている。
なお、図５において、回転速度１０００、２０００［ｒｐｍ］の欄が空欄となっているは、低速度領域では同期ＰＷＭ制御が難しく、非同期ＰＷＭ制御を適用する方が適切だからである。
第１パルスパターン演算部１５は、図５のパルス位相テーブルから求めたパルス位相θ１ａ〜θｎａを第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
また、第２パルスパターン演算部２０は、図５のパルス位相テーブルから求めたパルス位相θ１ｂ〜θｎｂを第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
【００５０】
ここで、回転速度および変調率は、連続的に変化する。このため、パルス位相テーブルを参照するときは、回転速度および変調率の値を四捨五入してからパルス位相テーブルのデータを参照するか、パルス位相テーブルのデータを用いて線形外挿して、回転速度および変調率の値に対応したパルス位相の値を求める。
【００５１】
上記において、パルスパターンのパルス位相を演算ではなく、パルス位相テーブルを参照して求める場合について説明したが、近似関数を使用して計算することもできる。
例えば、３次関数の式（９）を用いて、近似的にθ１〜θ３を計算することができる。
【００５２】
【数９】
【００５３】
ここで、ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３、ｃ１〜ｃ３、あるいはｄ１〜ｄ３は、あらかじめ設定された係数である。
したがって、第１パルスパターン演算部１５は、あらかじめ設定されたａ１ａ〜ａ３ａ、ｂ１ａ〜ｂ３ａ、ｃ１ａ〜ｃ３ａ、ｄ１ａ〜ｄ３ａを使用して、近似式（９）を用いて、このパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θ３ａを計算し、第１ゲートパルス出力部１６に出力する。
また、第２パルスパターン演算部２０は、あらかじめ設定されたａ１ｂ〜ａ３ｂ、ｂ１ｂ〜ｂ３ｂ、ｃ１ｂ〜ｃ３ｂ、ｄ１ｂ〜ｄ３ｂを使用して、近似式（９）を用いて、パルスパターンのパルス位相θ１ｂ〜θ３ｂを計算して第２ゲートパルス出力部２１に出力する。
【００５４】
本願発明の実施の形態１では、多重巻線型電動機として２つの巻線群を有する三相交流電動機を例として説明を行ったが、本発明は多群多相電動機を対象としており、特に相数や巻線群の数が限定されるものではない。また対象となる多重巻線型電動機は永久磁石型同期電動機でも誘導電動機でもいずれの電動機でもよい。また、高調波を低減する方法はさまざまな設計方法が考えられるが、本願発明は電力変換器制御装置が用いるパルスパターンのパルス位相の設計方法として、フーリエ級数展開した多項式を使用する方法に限定されるものではない。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換器制御装置１は、多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、磁極位置信号から多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とから構成されるため、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００５６】
また、パルスパターン演算部におけるパルスパターンの演算を、パルス位相データをあらかじめ計算して保存したパルス位相テーブルを参照して行うか、あるいは近似式を用いて行うことでパルスパターン演算部における演算を簡素化することができる。
【００５７】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【００５８】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１は、実施の形態１とは異なり、直交二相座標系の電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑを多重巻線型電動機の複数の巻線群に対して共通化し、多重巻線型電動機の各巻線群に対応した各々別のパルスパターンのパルス位相により第１および第２電力変換器をＰＷＭ制御する構成としたものである。
以下、本願発明の実施の形態２について、電力変換器制御装置５１に係るシステム構成図である図６、多重ゲートパルス出力部のブロック図である図７に基づいて説明する。
【００５９】
まず、本願発明の実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１を含む全体システム構成について説明する。
図６は、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１に係るシステム構成図である。図６において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
図６は、実施の形態１と同様、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を示している。
図６において、システム全体は、二重化した電力変換器制御装置５１、第１電力変換器２、第２電力変換器３および多重巻線型電動機４から構成される。
第１電力変換器２および第２電力変換器３は、後で説明する電力変換器制御装置５１の制御ブロック５３内の多重ゲートパルス出力部から出力されるＰＷＭ制御信号で制御される。
また、多重巻線型電動機４は、電力変換器制御装置５１の制御に使用する回転子の磁極位置を検出するための位置検出器２２を備えている。
【００６０】
次に、電力変換器制御装置５１の構成について説明する。
電力変換器制御装置５１は、多重巻線型電動機４の第１の巻線群に対応する第１電力変換器２およびの多重巻線型電動機４の第２の巻線群に対応する第２電力変換器３の制御に共通に関わる電圧指令部５２と制御ブロック５３と、さらに位置検出器２２から構成される。
【００６１】
制御ブロック５３について説明する。
電圧指令部５２では、図示されていない外部からトルク指令あるいは速度指令が入力され、この指令に基づき、直交二相座標系で表された電圧指令を生成し、変調率演算部５４と多重ゲートパルス出力部５６に出力する。変調率演算部５４では、電圧指令部５２からの電圧指令に基づき、変調率を演算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重巻線型電動機４に備えられた位置検出器２２で検出された多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号は、速度演算部１４と多重ゲートパルス出力部５６に出力される。
速度演算部１４では、多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号から多重巻線型電動機４の回転速度を演算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重パルスパターン演算部５５では、変調率演算部５４からの変調率および速度演算部１４からの多重巻線型電動機４の回転子の回転速度に基づき、第１電力変換器２および第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算して、多重ゲートパルス出力部５６に出力する。
多重ゲートパルス出力部５６では、電圧指令部５２からの電圧指令と多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンと位置検出器２２からの多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号とに基づき、第１電力変換器２および第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００６２】
次に、本発明の実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１の動作について、図６、図７に基づいて実施の形態１に係る電力変換器制御装置１との差異を中心に説明する。
図６において、電圧指令部５２では、外部からのトルク指令あるいは速度指令に基づき、直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが生成される。この電圧指令は多重巻線型電動機４の各巻線群に共通の電圧指令である。
【００６３】
変調率演算部５４では、電圧指令部５２からの電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑに基づき、変調率ｍの演算を式（１）で行う。
速度演算部１４は、位置検出器２２からの回転子の磁極位置信号（電気角位置信号）θｅから式（２）で電気角回転速度ωｅを計算し、多重パルスパターン演算部５５に出力する。
多重パルスパターン演算部５５では、変調率演算部５４で演算した変調率ｍと電気角回転速度ωｅに基づいて、第１電力変換器２と第２電力変換器３の各スイッチング素子のスイッチングタイミングを決定する２種類のパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａおよびθ１ｂ〜θｎｂを演算して、多重ゲートパルス出力部５６へ出力する。
多重ゲートパルス出力部５６は、電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑ、多重パルスパターン演算部５５が出力するパルス位相θ１ａ〜θｎａ、θ１ｂ〜θｎｂ、および位置検出器２２からの位相情報θｅからゲート信号を生成し、第１電力変換器２と第２電力変換器３をＰＷＭ制御する。
【００６４】
多重ゲートパルス出力部５６の構成および動作を、図７に基づいて説明する。図７において、図４と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂが入力端子５７に入力される。電圧指令部５２からの直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑの制御位相角（ＴＨＶ）を式（７）で演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、式（８）により加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。
【００６５】
まず、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部４２〜４４関連について説明する。
加算器３６の出力である電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相判定回路４０、Ｗ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相ゲート出力部４３、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号、Ｗ相電圧信号を増幅し、出力端子４６、４７に出力する。
【００６６】
次に、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部６４〜６６関連について説明する。
位相補正部５８では、加算器３６の出力である電圧位相θに対して、多重巻線型電動機４の２つの巻線群の巻線位置の構造的角度差である電動機固有の値で補正を行う。この補正された電圧位相θ´（以下、補正電圧位相θ´という）は、１２０°位相進み回路５９で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路６０で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと位相補正部５８が出力する電圧位相θ´のＵ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＵ相判定回路６１で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相進み回路５９の出力する１２０°進んだ補正電圧位相θ´のＵ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＶ相判定回路６２で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相遅れ回路６０の出力する１２０°遅れた補正電圧位相θ´のＷ相との相対関係比較から、スイッチングのオン・オフをＷ相判定回路６３で判定される。
Ｕ相判定回路６１の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部６４は第２電力変換器３を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子６７に出力する。Ｖ相判定回路６２の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部６５は第２電力変換器３を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子６８に出力する。Ｗ相判定回路６３の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部６６は第２電力変換器３を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子６９に出力する。
【００６７】
以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１は、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とを共通化あるいは統合化した構成としているため、実施の形態１に比較して簡素な構成で、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００６８】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【００６９】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換器制御装置は、実施の形態２に係る電力変換器制御装置５１に対して、多重巻線型電動機の巻線群の巻線位置の構造的角度差の補正を行わず多重パルス出力部の共通化を図り、多重巻線型電動機の巻線群に対応した各々別のパルスパターンのパルス位相により第１および第２電力変換器をＰＷＭ制御する構成としたものである。
実施の形態３においても、実施の形態１、２と同様、２つの巻線群を有する多重巻線型電動機に対応する二重化した電力変換器制御装置のシステム構成を想定している。
【００７０】
以下、実施の形態３の電力変換器制御装置は、実施の形態２の電力変換器制御装置５１と異なる点は、多重ゲートパルス出力部の構成のみであるため、多重ゲートパルス出力部の構成および動作を多重ゲートパルス出力部７０のブロック図である図８に基づいて説明する。
図８において、図７と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００７１】
多重パルスパターン演算部５５からのパルスパターンのパルス位相θ１ａ〜θｎａが入力端子３１に、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂが入力端子５７に入力される。電圧指令部５２からの直交二相座標系で表された電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑが入力端子３２に入力される。多重巻線型電動機４の回転子の磁極位置信号θｅが入力端子３３に入力される。
位相角演算部３４では、第１電圧指令Ｖ＊ｄ、Ｖ＊ｑの制御位相角（ＴＨＶ）を式（７）で演算する。回転子の磁極位置信号θｅは、位相進み回路３５で９０°加算される。
位相角演算部３４で演算した制御位相角（ＴＨＶ）と磁極位置信号θｅに対して９０°進ませた磁極位置信号は、式（８）により加算器３６で加算され、電圧位相θが出力される。
【００７２】
まず、第１電力変換器２をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部４２〜４４関連について説明する。
加算器３６の出力である電圧位相θは、１２０°位相進み回路３７で１２０°加算され、１２０°位相遅れ回路３８で１２０°減算される。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ａ〜θｎａと加算器３６の出力する電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路３９で判定される。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相判定回路４０、Ｗ相判定回路４１で判定される。
Ｕ相判定回路３９の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部４２は第１電力変換器２を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子４５に出力する。Ｖ相、Ｗ相も同様に、Ｖ相ゲート出力部４３、Ｗ相ゲート出力部４４は第１電力変換器２を駆動するためのＶ相電圧信号、Ｗ相電圧信号を増幅し、出力端子４６、４７に出力する。
【００７３】
次に、第２電力変換器３をＰＷＭ制御するＵ相〜Ｗ相ゲート出力部７４〜７６関連について説明する。
実施の形態３では、実施の形態２のように位相補正部を設けていないために、加算器３６で計算された電圧位相θを補正せずにそのまま用いる。
Ｕ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと電圧位相θのＵ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＵ相判定回路７１で判定される。Ｖ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相進み回路３７の出力する１２０°進んだ補正電圧位相θのＶ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＶ相判定回路７２で判定される。Ｗ相に関しては、パルス位相θ１ｂ〜θｎｂと１２０°位相遅れ回路３８の出力する１２０°遅れた電圧位相θのＷ相との相対関係比較からスイッチングのオン・オフをＷ相判定回路７３で判定される。
Ｕ相判定回路７１の出力に基づき、Ｕ相ゲート出力部７４は第２電力変換器３を駆動するためのＵ相電圧信号を増幅し、出力端子７７に出力する。Ｖ相判定回路７２の出力に基づき、Ｖ相ゲート出力部７５は第２電力変換器３を駆動するためのＶ相電圧信号を増幅し、出力端子７８に出力する。Ｗ相判定回路７３の出力に基づき、Ｗ相ゲート出力部７６は第２電力変換器３を駆動するためのＷ相電圧信号を増幅し、出力端子７９に出力する。
【００７４】
以上説明したように、実施の形態３に係る電力変換器制御装置は、多重巻線型電動機の巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、変調率と電動機の回転速度とに基づき電力変換器のパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、電圧指令とパルスパターンと磁極位置信号に基づき電力変換器を駆動するゲートパルス出力部とをさらに共通化あるいは統合化した構成としているため、実施の形態２に比較してより簡素な構成で、電力変換器で発生するスイッチングに伴う損失を抑え、かつ電力変換器で発生する複数の低次の高調波成分を低減することを可能とする効果がある。
【００７５】
さらに、パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算とすることで、高調波成分の低減効果を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，５１ 電力変換器制御装置、２ 第１電力変換器、３ 第２電力変換器、
４ 多重巻線型電動機、１１ 第１電圧指令部、１３ 第１変調率演算部、
１４ 速度演算部、１５ 第１パルスパターン演算部 、
１６ 第１ゲートパルス出力部、１７ 第２電圧指令部、１９ 第２変調率演算部、
２０ 第２パルスパターン演算部、２１ 第２ゲートパルス出力部、
２２ 位置検出器、２３，５８ 位相補正部、５２ 電圧指令部、５４ 変調率演算部、５５ 多重パルスパターン演算部、５６，７０ 多重ゲートパルス出力部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、
前記多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、
前記多重巻線型電動機の前記巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、
前記電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、
前記位置検出器からの磁極位置信号から前記多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、
前記変調率演算部で演算した変調率と前記速度演算部で演算した前記多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、前記電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、
前記電圧指令と前記パルスパターン演算部で演算した前記パルスパターンと前記磁極位置信号に基づき、前記電力変換器を駆動するゲートパルス出力部と
から構成される電力変換器制御装置。
【請求項２】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、あらかじめ変調率と回転速度を変数として計算した結果を保存したパルス位相テーブルを参照して行う請求項１に記載の電力変換器制御装置。
【請求項３】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、近似式を用いて行う請求項１に記載の電力変換器制御装置。
【請求項４】
前記位置検出器からの前記磁極位置信号に基づいて、前記多重巻線型電動機の各巻線群の構造的角度差を補正する位相補正部を備えた請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【請求項５】
前記多重巻線型電動機の複数の巻線群に対して、前記電圧指令部を共通化し、さらに前記パルスパターン演算部と前記ゲートパルス出力部を各々多重パルスパターン演算部および多重ゲートパルス出力部として統合した請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【請求項６】
前記位置検出器からの前記磁極位置信号に基づいて、前記多重巻線型電動機の各巻線群の構造的角度差を補正する位相補正部を備えた請求項５に記載の電力変換器制御装置。
【請求項７】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算は、前記複数の電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算である請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【請求項１】
複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために各巻線群に接続された複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置において、
前記多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、
前記多重巻線型電動機の前記巻線群に対応した電圧指令を発生する電圧指令部と、
前記電圧指令部で発生した電圧指令から変調率を演算する変調率演算部と、
前記位置検出器からの磁極位置信号から前記多重巻線型電動機の回転速度を演算する速度演算部と、
前記変調率演算部で演算した変調率と前記速度演算部で演算した前記多重巻線型電動機の回転速度とに基づき、前記電力変換器のスイッチング素子のスイッチングタイミングを決定するスイッチングパルスのパルスパターンを演算するパルスパターン演算部と、
前記電圧指令と前記パルスパターン演算部で演算した前記パルスパターンと前記磁極位置信号に基づき、前記電力変換器を駆動するゲートパルス出力部と
から構成される電力変換器制御装置。
【請求項２】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、あらかじめ変調率と回転速度を変数として計算した結果を保存したパルス位相テーブルを参照して行う請求項１に記載の電力変換器制御装置。
【請求項３】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算を、近似式を用いて行う請求項１に記載の電力変換器制御装置。
【請求項４】
前記位置検出器からの前記磁極位置信号に基づいて、前記多重巻線型電動機の各巻線群の構造的角度差を補正する位相補正部を備えた請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【請求項５】
前記多重巻線型電動機の複数の巻線群に対して、前記電圧指令部を共通化し、さらに前記パルスパターン演算部と前記ゲートパルス出力部を各々多重パルスパターン演算部および多重ゲートパルス出力部として統合した請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【請求項６】
前記位置検出器からの前記磁極位置信号に基づいて、前記多重巻線型電動機の各巻線群の構造的角度差を補正する位相補正部を備えた請求項５に記載の電力変換器制御装置。
【請求項７】
前記パルスパターン演算部でのパルスパターンの演算は、前記複数の電力変換器の出力電流の特定の高調波成分を低減するパルスパターンのパルス位相の演算である請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電力変換器制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５６０４（Ｐ２０１３−５６０４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４７５１（Ｐ２０１１−１３４７５１）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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