JP2016119822A - 電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制御応答性を高めることができる電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法を提供すること。【解決手段】実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部とＰＷＭ制御部と、周波数変更部とを備える。電力変換部は、複数のスイッチング素子を有する。ＰＷＭ制御部は、複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。周波数変更部は、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を変更する。周波数変更部は、出力部と、積分部と、周波数決定部とを備える。出力部は、制御対象に対する制御偏差に応じた制御値を出力する。積分部は、出力部から出力される制御値を積分する。周波数決定部は、積分部の積分値に基づいて、キャリア周波数を決定する。【選択図】図１Ａ

Description

開示の実施形態は、電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法に関する。

従来、ＰＷＭ制御方式の電力変換装置（例えば、インバータ装置、コンバータ装置、マトリクスコンバータなど）が広く知られている。

この種の電力変換装置において、ＰＷＭ制御のキャリア周期を制御偏差に応じて変更することによって制御応答性を高める技術が提案されている。例えば、電流指令と電流検出値との電流偏差である電流制御偏差の絶対値に反比例する周期変調係数を生成し、周期変調係数によりキャリア周波数と電流制御のゲインを変更するインバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３７２４８号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置では、制御偏差を検出する際にノイズなどによって生じる検出誤差により、キャリア周波数の調整を精度よく行うことができないおそれがある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、制御応答性を高めることができる電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、ＰＷＭ制御部と、周波数変更部とを備える。前記電力変換部は、複数のスイッチング素子を有する。前記ＰＷＭ制御部は、前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。前記周波数変更部は、前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を変更する。前記周波数変更部は、出力部と、積分部と、周波数決定部とを備える。前記出力部は、制御対象に対する制御偏差に応じた制御値を出力する。前記積分部は、前記出力部から出力される前記制御値を積分する。前記周波数決定部は、前記積分部の積分値に基づいて、前記キャリア周波数を決定する。

実施形態の一態様によれば、制御応答性を高めることができる電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法を提供することができる。

図１Ａは、実施形態に係る電力変換装置を有する電力変換システムを示す図である。 図１Ｂは、制御偏差、積分値およびキャリア周波数の関係を示す図である。 図２は、図１Ａに示す電力変換装置の一つの構成例を示す図である。 図３Ａは、電力変換部の構成例を示す図である。 図３Ｂは、電力変換部の構成例を示す図である。 図４は、図２に示す周波数変更部およびゲイン設定部の構成の一例を示す図である。 図５は、キャリア周期カウンタ、演算周期カウンタ、指令演算周期、電流偏差および積分値の関係を示す図である。 図６は、図１Ａに示す電力変換装置の他の構成例を示す図である。 図７は、図６に示す周波数変更部およびゲイン設定部の構成の一例を示す図である。 図８は、制御部の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置、制御装置およびキャリア周波数の変更方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１Ａは、実施形態に係る電力変換装置を有する電力変換システムを示す図である。図１Ａに示すように、実施形態に係る電力変換システム１００は、電力変換装置１と、電源２と、回転電機３とを備える。電力変換装置１は、電源２と回転電機３との間に配置され、電源２と回転電機３との間の電力変換を行う。かかる電力変換装置１は、例えば、回転電機３の電流を制御することにより回転電機３を制御する電動機制御装置として機能する。

電源２は、例えば、太陽光や風力などの自然エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置や燃料電池などの直流電源や交流電源であり、回転電機３は、例えば、固定子と回転子を有する電動機である。なお、電源２は、例えば、電力系統でもよく、また、回転電機３は、例えば、固定子と回転子を有する発電機であってもよい。

電力変換装置１は、電力変換部１０と、電流検出部１１と、制御部２０（制御装置の一例）とを備える。電力変換部１０は、例えば、複数のスイッチング素子を有し、これらのスイッチング素子は、制御部２０によってオン／オフが制御される。電流検出部１１は、電力変換部１０と回転電機３との間に流れる電流（以下、出力電流と記載する）を検出する。なお、以下、電力変換部１０から回転電機３へ出力される電圧を出力電圧と記載する。

制御部２０は、電力変換部１０のスイッチング素子を制御し、電源２と回転電機３との間の電力変換を行う。かかる制御部２０は、指令生成部２１と、ＰＷＭ制御部２２と、周波数変更部２３とを備える。

指令生成部２１は、制御対象に対する制御指令を生成する。制御対象は、例えば、回転電機３の回転位置、回転電機３の回転速度、出力電流、出力電圧などである。例えば、指令生成部２１は、電流検出部１１によって検出された出力電流などに基づいて、出力電圧指令などの制御指令を生成する。

ＰＷＭ制御部２２は、指令生成部２１によって生成される制御指令に基づいて、電力変換部１０のスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する駆動信号（以下、ＰＷＭ信号と記載する）を生成する。例えば、ＰＷＭ制御部２２は、出力電圧指令とキャリア信号とを比較することによってＰＷＭ信号を生成する。

周波数変更部２３は、制御対象に対する制御偏差Δｃｏｎｔに基づき、ＰＷＭ制御部２２によるＰＷＭ制御のキャリア周波数ｆｃを変更する。キャリア周波数ｆｃは、例えば、キャリア信号の周波数である。周波数変更部２３は、例えば、指令生成部２１が生成した出力電流指令と電流検出部１１によって検出された出力電流との偏差（以下、電流偏差と記載する）を演算し、かかる電流偏差に基づき、キャリア周波数ｆｃを変更する。

周波数変更部２３は、出力部５１と、積分部５２と、周波数決定部５３とを備える。出力部５１は、制御偏差Δｃｏｎｔに応じた制御値を出力する。例えば、出力部５１は、キャリア周期Ｔｃ（＝１／ｆｃ）よりも短い周期Ｔｓで制御偏差Δｃｏｎｔを閾値ＴＨ１（第１の閾値の一例）および閾値ＴＨ２（第２の閾値の一例）と比較する。

出力部５１は、例えば、制御偏差Δｃｏｎｔが閾値ＴＨ１以上である場合に、キャリア周波数ｆｃを上げるためのキャリアアップ値Δｕｐ（第１の制御値の一例）を出力する。また、出力部５１は、制御偏差Δｃｏｎｔが閾値ＴＨ２以下である場合に、キャリア周波数ｆｃを下げるためのキャリアダウン値Δｄｏｗｎ（第２の制御値の一例）を出力する。

積分部５２は、出力部５１の出力を積分し、積分値Ｔｃｎｔを出力する。周波数決定部５３は、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔに基づいて、キャリア周波数ｆｃを決定する。ＰＷＭ制御部２２は、周波数決定部５３によって決定されたキャリア周波数ｆｃでＰＷＭ制御を行う。

図１Ｂは、制御偏差Δｃｏｎｔ、積分値Ｔｃｎｔおよびキャリア周波数ｆｃの関係を示す図であり、時刻ｔ０において、Ｔｃｎｔ＝Ｔｍａｘとし、ｆｃ＝１／Ｔｃ１とする。また、時刻ｔ０から制御偏差Δｃｏｎｔが徐々に大きくなり、キャリアアップ値Δｕｐはマイナスの値とし、キャリアダウン値Δｄｏｗｎはプラス値であるとする。また、積分値Ｔｃｎｔは、上限値Ｔｍａｘと下限値Ｔｍｉｎの範囲内に制限されるものとする。

出力部５１は、キャリア周期Ｔｃよりも短い周期Ｔｓで制御偏差Δｃｏｎｔを閾値ＴＨ１および閾値ＴＨ２と比較する。図１Ｂに示す例では、時刻ｔ０から制御偏差Δｃｏｎｔが徐々に大きくなってキャリア周期Ｔｃ１内の時刻ｔ３〜ｔ５では閾値ＴＨ１以上になる。そのため、時刻ｔ３〜ｔ５において、キャリアアップ値Δｕｐが出力部５１から繰り返し出力され、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔは、徐々に小さくなる。

周波数決定部５３は、例えば、周期Ｔｓでキャリア周波数ｆｃを決定する。時刻ｔ５において、キャリアアップ値Δｕｐは３回連続で出力されているため、キャリア周波数ｆｃを、例えば、３段階高い周波数ｆｃ４（＝１／Ｔｃ４）に決定する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号の谷のタイミング（時刻ｔ６）において、キャリア信号Ｓｃを周波数ｆｃ４のキャリア信号に切り替え、ＰＷＭ制御を行う。

時刻ｔ６においてキャリア信号Ｓｃを周波数ｆｃ４のキャリア信号に切り替えたあと、制御偏差Δｃｏｎｔが徐々に小さくなるが、時刻ｔ７〜ｔ９において制御偏差Δｃｏｎｔは閾値ＴＨ２以上であるため、積分値Ｔｃｎｔは下限値Ｔｍｉｎになる。したがって、周波数決定部５３は、さらに１段階高い周波数ｆｃ５（＝１／Ｔｃ５）をキャリア周波数ｆｃとして決定する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号の谷のタイミング（時刻ｔ９）において、キャリア信号Ｓｃを周波数ｆｃ５のキャリア信号に切り替え、ＰＷＭ制御を行う。

時刻ｔ９においてキャリア信号Ｓｃを周波数ｆｃ５のキャリア信号に切り替えた後も継続的に制御偏差Δｃｏｎｔが小さくなっていき、時刻ｔ１０において制御偏差Δｃｏｎｔは閾値ＴＨ２以下になる。そのため、キャリアダウン値Δｄｏｗｎが出力部５１から出力されて積分値Ｔｃｎｔは大きくなり、周波数決定部５３は、１段階低い周波数ｆｃ４（１／Ｔｃ４）をキャリア周波数ｆｃとして決定する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号の谷のタイミング（時刻ｔ１１）において、キャリア信号Ｓｃを周波数ｆｃ４のキャリア信号に切り替え、ＰＷＭ制御を行う。

以降、同様に、周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔに基づいてキャリア周波数ｆｃを決定することで、制御偏差Δｃｏｎｔが小さくなるようにキャリア周波数ｆｃが設定される。これにより、制御偏差が大きいほどＰＷＭ制御のキャリア周期Ｔｃを短くできることから、制御応答性を高めることができる。しかも、積分値Ｔｃｎｔを用いてキャリア周波数ｆｃを決定することから、ノイズなどによって検出誤差が生じた場合でも、キャリア周波数ｆｃの調整を精度よく行うことができる。

以下、実施形態に係る電力変換装置１についてさらに詳細に説明する。図２は、図１Ａに示す電力変換装置１の一つの構成例を示す図である。なお、図２は、制御偏差Δｃｏｎｔを出力電流の制御偏差とした場合の一例を示す。

図２に示すように、電力変換装置１は、電力変換部１０と、電流検出部１１と、制御部２０とを備える。電力変換部１０は、電源２と回転電機３との間の電力変換を行うことができるように複数のスイッチング素子を備える。なお、電源２は、例えば、直流電源や交流電源である。また、電力変換部１０の接続対象として回転電機３に代えてその他の機器や電源系統としてもよい。

図３Ａおよび図３Ｂは、電力変換部１０の構成例を示す図である。図３Ａに示す電力変換部１０は、三相ブリッジ回路を有するインバータ回路である。また、図３Ｂは、電源２の各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）と回転電機３の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）をそれぞれ接続する双方向スイッチを有するマトリクスコンバータ回路である。なお、電力変換部１０は、電源２と回転電機３との間の電力変換を行うことができる構成であればよく、図３Ａおよび図３Ｂに示す構成に限定されない。例えば、電力変換部１０は、コンバータ回路であってもよい。

図２に戻って電力変換装置１の説明を続ける。図２に示すように、電流検出部１１は、電力変換部１０と回転電機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相との間にそれぞれ流れる電流の瞬時値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（以下、出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと記載する）を検出する。電流検出部１１は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。

制御部２０は、指令生成部２１と、ＰＷＭ制御部２２と、周波数変更部２３と、ゲイン設定部２４と、推定部２５と、規制部２６とを備える。指令生成部２１は、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を所定の演算周期Ｔｓ（以下、指令演算周期Ｔｓと記載する）で生成する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア比較法または空間ベクトル法によりキャリア周期Ｔｃ（＝１／ｆｃ）毎にＰＷＭ信号を生成し、かかるＰＷＭ信号により、電力変換部１０のスイッチング素子を制御する。例えば、ＰＷＭ制御部２２は、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*とキャリア信号Ｓｃとを比較することによってＰＷＭ信号を生成する。

指令生成部２１は、微分部３０と、減算部３１、３５、３６と、速度制御部３２と、電流指令生成部３３と、座標変換部３４、４５と、ｄ軸電流制御部３７と、ｑ軸電流制御部３８と、非干渉制御部３９と、加算部４０、４１、４４と、振幅指令生成部４２と、位相指令生成部４３とを備える。

微分部３０は、回転電機３の回転位置θ（電気角）を微分して回転電機３の回転速度ω（電気角速度）を求める。なお、回転電機３の回転位置θは、例えば、回転電機３に取り付けられた回転位置検出部４（例えば、エンコーダ）によって検出される。減算部３１は、速度指令ω^*から回転速度ωを減算する。速度指令ω^*は、例えば、図示しない速度指令生成部によって生成される。速度制御部３２は、例えば、速度指令ω^*と回転速度ωとの偏差（速度偏差）がゼロになるようにトルク指令Ｔ^*を生成する。

電流指令生成部３３は、トルク指令Ｔ^*に基づいてｄ軸電流指令ｉｄ^*およびｑ軸電流指令ｉｑ^*を生成する。ｄ軸電流指令ｉｄ^*は、ｄ−ｑ軸座標系におけるｄ軸成分であり、ｑ軸電流指令ｉｑ^*は、ｄ−ｑ軸座標系におけるｑ軸成分である。ｄ−ｑ軸座標系は、電力変換部１０が出力する交流電圧の出力周波数に同期して回転する直交座標系である。ｄ軸成分は、ｄｑ座標系において、回転電機３の磁束に平行な軸の成分であり、ｑ軸成分は、ｄｑ座標系において、ｄ軸に直交するｑ軸の成分である。

座標変換部３４は、出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、αβ軸座標系の固定座標電流ベクトルｉαβを求め、さらに、回転位置θを用いて、固定座標電流ベクトルｉαβをｄ−ｑ軸座標系のｄｑ成分へ変換する。これにより、座標変換部３４は、ｄ軸方向の電流成分であるｄ軸電流ｉｄとｑ軸方向の電流成分であるｑ軸電流ｉｑとを求める。

減算部３５は、ｄ軸電流指令ｉｄ^*からｄ軸電流ｉｄを減算し、減算部３６は、ｑ軸電流指令ｉｑ^*からｑ軸電流ｉｑを減算する。ｄ軸電流制御部３７は、例えば、ｄ軸電流指令ｉｄ^*とｄ軸電流ｉｄとのｄ軸電流偏差Δｉｄをゼロにするようにｄ軸電圧指令ｖｄ１^*を生成する。ｑ軸電流制御部３８は、ｑ軸電流指令ｉｑ^*とｑ軸電流ｉｑとのｑ軸電流偏差Δｉｑをゼロにするようにｑ軸電圧指令ｖｑ１^*を生成する。

非干渉制御部３９は、ｄ軸とｑ軸間の干渉および誘起電圧を補償するものであり、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、回転速度ωおよび誘起電圧定数φに基づき、ｄ軸電圧補償値ｖｄｆｆおよびｑ軸電圧補償値ｖｑｆｆを生成して出力する。非干渉制御部３９は、例えば、ｉｄ×ωＬｄ＋ωφを演算してｑ軸電圧補償値ｖｑｆｆを求め、−ｉｑ×ωＬｑを演算してｄ軸電圧補償値ｖｄｆｆを求める。なお、Ｌｄは回転電機３のｄ軸インダクタンス値、Ｌｑは回転電機３のｑ軸インダクタンス値である。また、回転電機３に代えて電力系統などが電力変換部１０に接続される場合、非干渉制御部３９は設けなくてよい。

加算部４０は、ｄ軸電圧指令ｖｄ１^*にｄ軸電圧補償値ｖｄｆｆを加算してｄ軸電圧指令ｖｄ^*を生成し、加算部４１は、ｑ軸電圧指令ｖｑ１^*にｑ軸電圧補償値ｖｑｆｆを加算してｑ軸電圧指令ｖｑ^*を生成する。

振幅指令生成部４２は、ｄ軸電圧指令ｖｄ^*とｑ軸電圧指令ｖｑ^*とに基づき、振幅指令Ｍを求める。例えば、振幅指令生成部４２は、下記式（１）の演算により振幅指令Ｍを求める。また、位相指令生成部４３は、ｄ軸電圧指令ｖｄ^*とｑ軸電圧指令ｖｑ^*とに基づき、出力位相指令θａを求める。例えば、位相指令生成部４３は、下記式（２）の演算により出力位相指令θａを求める。加算部４４は、位相指令生成部４３から出力される出力位相指令θａに回転位置θを加算して位相θｖを演算し、座標変換部４５へ出力する。
Ｍ＝√（ｖｄ^*2＋ｖｑ^*2） ・・・（１）
θａ＝ｔａｎ^-1（ｖｑ^*／ｖｄ^*） ・・・（２）

座標変換部４５は、振幅指令Ｍおよび位相θｖに基づいて、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を生成する。例えば、座標変換部４５は、ｖｕ^*＝Ｍ×ｓｉｎ（θｖ）、ｖｖ^*＝Ｍ×ｓｉｎ（θｖ−２／３π）、ｖｗ^*＝Ｍ×ｓｉｎ（θｖ−４／３π）などの演算式を用いて、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を生成することができる。

ＰＷＭ制御部２２は、ＰＷＭ信号生成部８０を備える。かかるＰＷＭ信号生成部８０は、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*に基づき三角波比較法または空間ベクトル法によりＰＷＭ信号を生成して電力変換部１０へ出力する。これにより、電力変換部１０を構成する半導体スイッチング素子がオン／オフ制御され、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*に応じた３相交流電力が電力変換部１０から回転電機３へ出力される。

周波数変更部２３は、指令演算周期Ｔｓ（＝１／ｆｓ）で繰り返しＰＷＭ制御のキャリア周波数ｆｃを決定する。周波数変更部２３は、例えば、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングで、ＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃを変更する。

ゲイン設定部２４は、制御対象のフィードバック制御を行うためのゲインをキャリア周波数ｆｃに応じて調整する。指令生成部２１は、ゲイン設定部２４によって調整されたゲインで制御対象のフィードバック制御を行う。

ここで、周波数変更部２３およびゲイン設定部２４の構成例について説明する。図４は、周波数変更部２３およびゲイン設定部２４の構成例を示す図である。図４に示すように、出力部５１は、減算部６１、６５（差分演算部の一例）と、絶対値演算部６２、６６と、比較部６３、６７（第１比較部の一例）と、比較部６４、６８（第２比較部の一例）と、論理和演算部６９と、論理積演算部７０と、乗算部７１、７２と、加算部７３とを備える。

減算部６１は、ｄ軸電流指令ｉｄ^*からｄ軸電流ｉｄを減算して、ｄ軸電流偏差Δｉｄを求める。絶対値演算部６２は、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値を演算する。比較部６３は、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値が第１ｄ軸閾値ΔＵｐｄ（第１の閾値の一例）以上である場合に、ｄ軸キャリアアップ値Ｓｕｄを出力する。比較部６４は、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値が第２ｄ軸閾値ΔＤｏｗｎｄ（第２の閾値の一例）以下である場合に、ｄ軸キャリアダウン値Ｓｄｄを出力する。

減算部６５は、ｑ軸電流指令ｉｑ^*からｑ軸電流ｉｑを減算して、ｑ軸電流偏差Δｉｑを求める。絶対値演算部６６は、ｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値を演算する。比較部６７は、ｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値が第１ｑ軸閾値ΔＵｐｑ（第１の閾値の一例）以上である場合に、ｑ軸キャリアアップ値Ｓｕｑを出力する。比較部６８は、ｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値が第２ｑ軸閾値ΔＤｏｗｎｑ（第２の閾値の一例）以下である場合に、ｑ軸キャリアダウン値Ｓｄｑを出力する。

論理和演算部６９は、比較部６３の比較結果と比較部６７の比較結果との論理和を演算し、ｄ軸キャリアアップ値Ｓｕｄおよびｑ軸キャリアアップ値Ｓｕｑの少なくとも一方が入力された場合に、キャリアアップ値Ｓｕを出力する。

乗算部７１（第１乗算部の一例）は、キャリアアップ値Ｓｕに対してキャリアアップゲインＫｕｐ（第１係数の一例）を乗算し、かかる乗算結果をキャリアアップ値Δｕｐとして出力する。キャリアアップ値Δｕｐは、キャリア周波数ｆｃを上げるための制御値（第１の制御値の一例）であり、例えば、Ｓｕ＝１、Ｋｕｐ＝−２の場合、Δｕｐ＝−２である。

論理積演算部７０は、比較部６４の比較結果と比較部６８の比較結果との論理積を演算し、ｄ軸キャリアダウン値Ｓｄｄとｑ軸キャリアダウン値Ｓｄｑとのいずれもが入力された場合に、キャリアダウン値Ｓｄを出力する。

乗算部７２（第２乗算部の一例）は、キャリアダウン値Ｓｄに対してキャリアダウンゲインＫｄｏｗｎ（第２係数の一例）を乗算し、かかる乗算結果をキャリアダウン値Δｄｏｗｎとして出力する。キャリアダウン値Δｄｏｗｎは、キャリア周波数ｆｃを下げるための制御値（第２の制御値の一例）であり、例えば、Ｓｄ＝１、Ｋｕｐ＝１の場合、Δｄｏｗｎ＝１の値である。

加算部７３は、乗算部７１の乗算結果と乗算部７２の乗算結果とを加算し、かかる加算結果をキャリア変更値として積分部５２へ出力する。したがって、出力部５１は、例えば、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値が第１ｄ軸閾値ΔＵｐｄ以上、または、ｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値が第１ｑ軸閾値ΔＵｐｑ以上である場合に、キャリアアップ値Δｕｐをキャリア変更値として出力する。

また、出力部５１は、例えば、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値が第２ｄ軸閾値ΔＤｏｗｎｄ以下、かつ、ｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値が第２ｑ軸閾値ΔＤｏｗｎｑ以下である場合に、キャリアダウン値Δｄｏｗｎをキャリア変更値として出力する。一方、出力部５１は、例えば、ｄ軸電流偏差Δｉｄの絶対値およびｑ軸電流偏差Δｉｑの絶対値が上述した状態ではない場合、キャリア変更値を出力せず、例えば、「０」の値を出力する。

積分部５２は、指令演算周期Ｔｓで繰り返し出力部５１の出力を積分する。積分部５２の積分結果である積分値Ｔｃｎｔは、リミッタ５４を介して周波数決定部５３に入力される。リミッタ５４は、積分値Ｔｃｎｔを上限値Ｔｍａｘと下限値Ｔｍｉｎとの間の範囲内に制限する。

例えば、リミッタ５４は、積分値Ｔｃｎｔが上限値Ｔｍａｘを上回った場合、上限値Ｔｍａｘを積分値Ｔｃｎｔとして出力し、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔを上限値Ｔｍａｘに置き換える。また、リミッタ５４は、積分値Ｔｃｎｔが下限値Ｔｍｉｎを下回った場合、下限値Ｔｍｉｎを積分値Ｔｃｎｔとして出力し、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔを下限値Ｔｍｉｎに置き換える。

周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔに基づいて、キャリア周波数ｆｃを決定する。周波数決定部５３は、例えば、下記式（３）の演算により、指令演算周波数ｆｓを積分値Ｔｃｎｔで除算することによって、キャリア周波数ｆｃを決定する。したがって、指令演算周波数ｆｓは、キャリア周波数ｆｃのＴｃｎｔ倍の周波数である。なお、ｆｓ＝ｆｃ×ｎ（ｎは２以上の整数）であってもよい。
ｆｃ＝ｆｓ／Ｔｃｎｔ ・・・（３）

ここで、指令演算周波数ｆｓを３０ｋＨｚとし、上限値Ｔｍａｘを「１０」とし、下限値Ｔｍｉｎを「２」とし、周波数決定部５３が上記式（３）の演算によりキャリア周波数ｆｃを決定するものとする。この場合、キャリア周波数ｆｃは、周波数決定部５３によって、３ｋＨｚから１５ｋＨｚの間に設定される。例えば、積分値Ｔｃｎｔが「６」である場合、周波数決定部５３は、５ｋＨｚをキャリア周波数ｆｃとして決定し、積分値Ｔｃｎｔが「２」である場合、周波数決定部５３は、１５ｋＨｚをキャリア周波数ｆｃとして決定する。

周波数変更部２３は、キャリア分割数レジスタ５５と、キャリア周波数レジスタ５６と、レジスタ設定部５７とを備える。キャリア分割数レジスタ５５は、リミッタ５４から出力される積分値Ｔｃｎｔをキャリアカウンタ分割値Ｄｉｖとして記憶し、キャリア周波数レジスタ５６は、キャリア周波数ｆｃをキャリア周波数設定値Ｃｆｃとして記憶する。

レジスタ設定部５７は、キャリア周波数レジスタ５６に記憶されたキャリア周波数設定値Ｃｆｃに基づき、キャリアカウンタ設定値Ｃｔｃ（＝１／Ｃｆｃ）を求め、キャリアカウンタレジスタ７８にキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃを設定する。ＰＷＭ制御部２２は、例えば、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングで、キャリアカウンタレジスタ７８に記憶されたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃに基づいたキャリア周波数ｆｃのキャリア信号Ｓｃを生成する。

また、レジスタ設定部５７は、キャリア周波数レジスタ５６に記憶されたキャリア周波数設定値Ｃｆｃをキャリア分割数レジスタ５５に記憶されたキャリアカウンタ分割値Ｄｉｖで除算することによって、演算周期設定値Ｃｔｕ（＝Ｃｆｃ／Ｄｉｖ）を求める。レジスタ設定部５７は、求めた演算周期設定値Ｃｔｕを演算周期カウンタレジスタ７９に記憶する。

図５は、キャリア周期カウンタ、演算周期カウンタ、指令演算周期Ｔｓ（＝１／ｆｓ）、電流偏差Δｉおよび積分値Ｔｃｎｔの関係を示す図である。図５に示す例では、Ｓｕｄｑ＝１、Ｓｄｄｑ＝１、Ｋｕｐ＝−２、Ｋｄｏｗｎ＝１、ｆｓ＝３０ｋＨｚ、Ｔｍａｘ＝１０、Ｔｍｉｎ＝２とする。時刻ｔ０において、Ｔｃｎｔ＝Ｔｍａｘであり、このとき、ｆｃ＝３０ｋ／１０＝３ｋＨｚであるものとする。以下においては、説明を容易にするため、電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを電流偏差Δｉとする。また、｜Δｉｄ｜≧｜ΔＵｐｄ｜かつ｜Δｉｑ｜≧｜ΔＵｐｑ｜である場合に、Δｉ≧ＴＨｉ１であるとし、｜Δｉｄ｜≦ΔＤｏｗｎｄ、かつ、｜Δｉｑ｜≦ΔＤｏｗｎｑである場合に、Δｉ≦ＴＨｉ２であるとする。

ＰＷＭ制御部２２は、キャリアカウンタを有し、キャリアカウンタレジスタ７８に記憶されたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃに応じたキャリア周波数ｆｃ（＝３ｋＨｚ）のキャリア信号Ｓｃを生成する。指令生成部２１は、演算周期カウンタを有し、演算周期設定値Ｃｔｕに応じた指令演算周期Ｔｓで、出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗからｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを検出し、出力電圧指令ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*などの指令を演算する。指令生成部２１は、例えば、演算周期カウンタ値Ｓｓがゼロになるタイミングでｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの検出を開始する。

図５に示すように、時刻ｔ０から電流偏差Δｉが徐々に大きくなってキャリア周期Ｔｃ１内の時刻ｔ６〜ｔ９では閾値ＴＨｉ１以上になる。そのため、各時刻ｔ６〜ｔ９において、出力部５１は、キャリアアップ値Δｕｐ（＝−２）を繰り返し出力する。これにより、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔは、図５に示すように、１０→８→６→４→２というように徐々に小さくなる。

周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔに基づき、指令演算周期Ｔｓで繰り返しキャリア周波数ｆｃを決定する。周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔが１０→８→６→４→２と小さくなると、３ｋＨｚ→３．７５ｋＨｚ→５ｋＨｚ→７．５Ｋｚ→１５ｋＨｚと高くなるようにキャリア周波数ｆｃを決定する。周波数決定部５３は、決定したキャリア周波数ｆｃに応じたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃをキャリア周波数レジスタ５６に設定する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングである時刻ｔ１０において、キャリアカウンタ設定値Ｃｔｃに基づいて、キャリア信号Ｓｃを１５ｋＨｚのキャリア信号に切り替え、ＰＷＭ制御を行う。

時刻ｔ１０においてキャリア信号Ｓｃを１５ｋＨｚのキャリア信号に切り替えたあと、電流偏差Δｉが徐々に小さくなるが、時刻ｔ１１〜ｔ１２において電流偏差Δｉは閾値ＴＨｉ２以上であるため、積分値Ｔｃｎｔは下限値Ｔｍｉｎのままである。したがって、周波数決定部５３は、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングである時刻ｔ１３において、キャリア周波数ｆｃを１５ｋＨｚに維持する。

時刻ｔ１４〜ｔ１５において電流偏差Δｉが第２閾値ＴＨｉ２以下になり、各時刻ｔ１４〜ｔ１５において、出力部５１は、キャリアダウン値Δｄｏｗｎ（＝１）を繰り返し出力する。そのため、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔは、図５に示すように、２→３→４というように徐々に大きくなる。

周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔが２→３→４と大きくなると、１５ｋＨｚ→７．５ｋＨｚ→５ｋＨｚと低くなるようにキャリア周波数ｆｃを決定する。周波数決定部５３は、決定したキャリア周波数ｆｃに応じたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃをキャリア周波数レジスタ５６に設定する。ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングである時刻ｔ１６において、キャリアカウンタ設定値Ｃｔｃに基づいて、キャリア信号Ｓｃを５ｋＨｚのキャリア信号に切り替え、ＰＷＭ制御を行う。

以降、同様に、周波数決定部５３は、積分値Ｔｃｎｔに基づいてキャリア周波数ｆｃを決定することで、電流偏差Δｉが小さくなるようにキャリア周波数ｆｃが設定される。これにより、電流偏差Δｉが大きいほどＰＷＭ制御のキャリア周期Ｔｃを短くできることから、制御応答性を高めることができる。しかも、積分値Ｔｃｎｔを用いてキャリア周波数ｆｃを決定することから、ノイズなどによって検出誤差や推定誤差が生じた場合でも、キャリア周波数ｆｃの調整を精度よく行うことができる。また、キャリア周期Ｔｃに対して演算周期Ｔｓが短くなるほど、ノイズなどの影響をより抑えることができる。

なお、キャリアアップゲインＫｕｐおよびキャリアダウンゲインＫｄｏｗｎは、図示しない入力部から設定可能なパラメータであり、かかるパラメータを調整することによって、電力変換装置１の設置環境に応じて、制御応答性を精度よく高めることができる。上述した例では、キャリアアップゲインＫｕｐの大きさをキャリアダウンゲインＫｄｏｗｎの大きさよりも大きくしており、これにより、キャリア周波数ｆｃをより迅速に高くすることができる。

図４に戻ってゲイン設定部２４について説明する。ゲイン設定部２４は、遅延部８２と、変化検出部８３と、制御ゲイン設定部８４とを備える。遅延部８２は、キャリアカウンタレジスタ７８に設定されたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃを遅延させて出力する。変化検出部８３は、キャリアカウンタレジスタ７８に設定されたキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃと遅延部８２から出力されるキャリアカウンタ設定値Ｃｔｃとが異なる場合に、キャリアカウンタ設定値Ｃｔｃが変化したと判定する。

制御ゲイン設定部８４は、キャリアカウンタ設定値Ｃｔｃが変化したと変化検出部８３が判定した場合、周波数決定部５３が決定したキャリア周波数ｆｃに応じた電流制御ゲインおよび速度制御ゲインを選択する。制御ゲイン設定部８４は、選択した電流制御ゲインをｄ軸電流制御部３７およびｑ軸電流制御部３８に設定し、選択した速度制御ゲインを速度制御部３２に設定する。これにより、例えば、キャリア周波数ｆｃが高くなるほど電流制御ゲインや速度制御ゲインが高くなるように設定される。

制御ゲイン設定部８４は、例えば、キャリア周波数ｆｃと電流制御ゲインおよび速度制御ゲインとを関連付けた制御ゲイン設定テーブルを有している。制御ゲイン設定部８４は、かかる制御ゲイン設定テーブルに基づいて、キャリア周波数ｆｃに応じた電流制御ゲインおよび速度制御ゲインを選択することができる。

このように、制御部２０は、周波数変更部２３によってＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃが変更された場合、キャリア周波数ｆｃに応じた制御ゲインを指令生成部２１に設定するゲイン設定部２４を備える。そのため、キャリア周波数ｆｃに応じて適切に制御応答性を高めることができる。

図２に戻って推定部２５および規制部２６について説明する。推定部２５は、例えば、単位時間当たりに電力変換部１０にかかる負荷を推定する。推定部２５は、例えば、電力変換部１０の出力電流とキャリア周波数ｆｃとに基づいて電力変換部１０にかかる負荷を推定する。電力変換部１０にかかる負荷は、例えば、電力変換部１０を構成するスイッチング素子で消費する電力である。なお、推定部２５は、電流検出部１１の検出結果に基づいて電力変換部１０の出力電流を判定したり、トルク指令Ｔ^*やｑ軸電流指令ｉｑ^*に基づいて電力変換部１０の出力電流を判定したりすることができる。

規制部２６は、電力変換部１０にかかる負荷の大きさに基づいて、周波数変更部２３によるキャリア周波数ｆｃの変更を規制する。電力変換部１０にかかる負荷は、上述のように、推定部２５によって判定され、規制部２６は、推定部２５による判定結果に基づいて、周波数変更部２３によるキャリア周波数ｆｃの変更を規制する。

規制部２６は、例えば、所定期間内において電力変換部１０にかかる負荷の合計が第１制限値（所定値の一例）以上である場合、周波数変更部２３の動作を停止することにより、周波数変更部２３によるキャリア周波数ｆｃの変更を規制することができる。なお、上述した制限値は、例えば、電力変換部１０が故障しない値などに設定される。

また、規制部２６は、例えば、電力変換部１０にかかる負荷の大きさに応じて、周波数変更部２３によるキャリア周波数ｆｃの変更範囲を制限することもできる。規制部２６は、例えば、所定期間内において電力変換部１０にかかる負荷が第１制限値よりも小さい第２制限値以上である場合、キャリア周波数ｆｃを所定値（例えば、キャリア周波数ｆｃの上限値の１／２）以下に低くすることができる。これにより、電力変換部１０にかかる負荷を抑えることができる。

図６は、図１Ａに示す電力変換装置１の他の構成例を示す図である。なお、図６は、制御偏差Δｃｏｎｔを出力電流の制御偏差および回転位置の制御偏差とした場合の一例を示す。図６に示す電力変換装置１は、エンコーダレスの電力変換装置である。また、図６に示す回転電機３は、例えば、磁気突極性を有する回転電機であり、埋込構造永久磁石同期電動機(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)や、同期リラクタンス電動機などである。

図６に示す電力変換装置１の制御部２０は、磁束軸（ｄ軸）と磁束軸に直交する軸（ｑ軸）のインダクタンス値の差（磁気突極性）を利用して、回転電機３の回転子の磁極位置（電気角）を推定することができる。かかる制御部２０は、高周波発生部９０と、加算部９１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９２と、４５度座標変換部９３と、速度・磁極位置推定部９４と、ノッチフィルタ９５とを備える。なお、図２に示す制御部２０と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付しており説明を省略する。

高周波発生部９０は、出力電圧の周波数ωよりも高い周波数ωｉｎｊの高周波電圧信号ｖｉｎｊを生成して出力する。加算部９１は、高周波発生部９０が出力した高周波電圧信号ｖｉｎｊをｄ軸電圧指令ｖｄ^*に加算して出力する。ｄ軸電圧指令ｖｄ^*は、制御上の磁束軸であるγ軸（仮想ｄ軸）の電圧指令であり、かかるｄ軸電圧指令ｖｄ^*に高周波電圧信号ｖｉｎｊが重畳され、これにより、回転電機３に高周波電流成分が流れる。

バンドパスフィルタ９２は、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑから周波数ωｉｎｊの帯域の成分を抽出することにより、回転電機３に流れる高周波電流成分を抽出し、ｄ軸電流ｉｄｂｐｆおよびｑ軸電流ｉｑｂｐｆとして出力する。４５度座標変換部９３は、ｄ軸電流ｉｄｂｐｆおよびｑ軸電流ｉｑｂｐｆを、ｄ−ｑ軸座標系を４５度回転させたｄｍ−ｑｍ軸座標系へ変換して、ｄ軸電流ｉｄｍおよびｑ軸電流ｉｑｍとして出力する。

速度・磁極位置推定部９４は、回転位置（電気角）の推定偏差（以下、推定位置偏差Δθ^と記載する）、回転速度ωの推定値（以下、推定速度ω^と記載する）、回転位置（磁極位置）の推定値（以下、推定位置θ^と記載する）を指令演算周期Ｔｓで繰り返し求める。

速度・磁極位置推定部９４は、ｄ軸電流ｉｄｍの振幅とｑ軸電流ｉｑｍの振幅とが一致するように推定速度ω^および推定位置θ^を調整することで、推定速度ω^および推定位置θ^を求める。例えば、速度・磁極位置推定部９４は、ｄ軸電流ｉｄｍの振幅とｑ軸電流ｉｑｍの振幅を求め、ｄ軸電流ｉｄｍの振幅とｑ軸電流ｉｑｍの振幅との偏差をＰＩ制御器によってＰＩ（比例積分）制御を行い、ＰＩ制御器の出力がゼロになるような推定速度ω^を求める。また、速度・磁極位置推定部９４は、推定速度ω^を積分して、推定位置θ^を求める。

また、速度・磁極位置推定部９４は、ｄ軸電流ｉｄｍの振幅Ｉ１とｑ軸電流ｉｑｍの振幅Ｉ２との差ΔＩ（＝（Ｉ１−Ｉ２）／２）から、例えば、下記式（４）の演算を行うことにより推定位置偏差Δθ^を求めることができる。なお、下記式（４）において、Ｌ_ｄは回転電機３のｄ軸インダクタンス値、Ｌ_ｑは回転電機３のｑ軸インダクタンス値、Ｖｉｎｊは高周波電圧信号ｖｉｎｊの振幅である。
Δθ^＝√２×（ωｉｎｊ／Ｖｉｎｊ）×Ｌ_ｄ×Ｌ_ｑ／（Ｌ_ｑ−Ｌ_ｄ）×ΔＩ・・・（４）

なお、速度・磁極位置推定部９４は、例えば、誘起電圧オブザーバなどによって、推定位置偏差Δθ^、推定速度ω^および推定位置θ^を求めることもできる。この場合、高周波発生部９０と、加算部９１、バンドパスフィルタ９２および４５度座標変換部９３は設けなくてもよい。なお、速度指令ω^*と推定速度ω^との偏差を推定位置偏差Δθ^として求める速度偏差演算部を設けることもできる。

ノッチフィルタ９５は、座標変換部３４によって変換されたｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑからら周波数ωｉｎｊの帯域の成分を除去し、減算部３５、３６や出力部５１へ出力する。周波数変更部２３は、ｄ軸電流指令ｉｄ^*、ｑ軸電流指令ｉｑ^*、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび推定位置偏差Δθ^に基づいて、キャリア周波数ｆｃを決定する。図７は、図６に示す周波数変更部２３およびゲイン設定部２４の構成例を示す図である。

図７に示す周波数変更部２３は、制御偏差として電流偏差に加えて推定位置偏差Δθ^も考慮してキャリア周波数ｆｃを変更する点で、図４に示す周波数変更部２３と異なる。図４に示す周波数変更部２３と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付しており説明を省略する。

図７に示す周波数変更部２３は、比較部７４（第１比較部の一例）と、比較部７５（第２比較部の一例）とを備える。比較部７４は、推定位置偏差Δθ^が第１位置閾値ΔＵｐθ以上である場合に、キャリアアップ値Ｓｕθを出力する。比較部７５は、推定位置偏差Δθ^が第２位置閾値ΔＤｏｗｎθ以下である場合に、キャリアダウン値Ｓｄθを出力する。

論理和演算部６９は、比較部６３の比較結果と比較部６７の比較結果と比較部７４の比較結果の論理和を演算する。論理和演算部６９は、ｄ軸キャリアアップ値Ｓｕｄ、ｑ軸キャリアアップ値Ｓｕｑおよびキャリアアップ値Ｓｕθの少なくとも一方が入力された場合に、キャリアアップ値Ｓｕを出力する。乗算部７１は、キャリアアップ値Ｓｕに対してキャリアアップゲインＫｕｐを乗算し、かかる乗算結果をキャリアアップ値Δｕｐとして出力する。

論理積演算部７０は、比較部６４の比較結果と比較部６８の比較結果と比較部７５の比較結果の論理積を演算する。論理積演算部７０は、ｄ軸キャリアダウン値Ｓｄｄ、ｑ軸キャリアダウン値Ｓｄｑおよびキャリアアップ値Ｓｕθのいずれもが入力された場合に、キャリアダウン値Ｓｄを出力する。乗算部７２は、キャリアダウン値Ｓｄに対してキャリアダウンゲインＫｄｏｗｎを乗算し、かかる乗算結果をキャリアダウン値Δｄｏｗｎとして出力する。

このように、電流偏差Δｉおよび推定位置偏差Δθ^に基づき、キャリア周波数ｆｃを変更することができる。電流偏差Δｉに加え、推定位置偏差Δθ^が大きくなるほどキャリア周期Ｔｃを短くできることから、制御応答性をより高めることができる。しかも、積分値Ｔｃｎｔを用いてキャリア周波数ｆｃを決定することから、ノイズなどによって検出誤差が生じた場合でも、キャリア周波数ｆｃの調整を精度よく行うことができる。

なお、図２〜７に示す例では、制御偏差として、電流偏差Δｉおよび推定位置偏差Δθ^を例に挙げて説明したが、制御偏差は、出力電圧の制御偏差でもよく、また、回転速度の制御偏差であってもよい。回転速度の制御偏差の場合、例えば、周波数変更部２３は、図２に示す回転速度ωと速度指令ω^*との偏差（速度偏差）に基づき、キャリア周波数ｆｃを決定することができる。このように、周波数変更部２３は、電流偏差、電圧偏差、位置偏差（位相偏差）、および、速度偏差のうち１以上の制御偏差によってキャリア周波数ｆｃを決定することができる。

上述した制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、指令生成部２１、ＰＷＭ制御部２２、周波数変更部２３、ゲイン設定部２４、推定部２５および規制部２６として機能する。

また、指令生成部２１、ＰＷＭ制御部２２、周波数変更部２３、ゲイン設定部２４、推定部２５および規制部２６の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

図８は、制御部２０の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。制御部２０は、図８に示す制御処理を繰り返し実行する。ステップＳ１０〜Ｓ１３は、例えば、周波数変更部２３の処理であり、ステップＳ１４、Ｓ１５は、例えば、ＰＷＭ制御部２２の処理であり、ステップＳ１６は、例えば、ゲイン設定部２４の処理である。

図８に示すように、周波数変更部２３の出力部５１は、制御偏差Δｃｏｎｔを検出し（ステップＳ１０）、かかる制御偏差Δｃｏｎｔに応じた制御値を生成する（ステップＳ１１）。制御偏差Δｃｏｎｔは、例えば、電流偏差、位置偏差（位相偏差）、速度偏差などである。また、制御偏差は、検出値に基づくものでもよく、推定値であってもよい。

周波数変更部２３の積分部５２は、例えば、出力部５１から出力される制御値を積算することにより、出力部５１の出力を積分する（ステップＳ１２）。周波数変更部２３の周波数決定部５３は、例えば、積分部５２の積分値Ｔｃｎｔに応じたキャリア周波数ｆｃを決定する（ステップＳ１３）。

ＰＷＭ制御部２２は、キャリア周波数ｆｃの変更タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１４）。例えば、ＰＷＭ制御部２２は、キャリア信号Ｓｃの谷のタイミングになった場合に、キャリア周波数ｆｃの変更タイミングであると判定する。

ＰＷＭ制御部２２は、キャリア周波数ｆｃの変更タイミングである場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１３で周波数決定部５３が決定した最新のキャリア周波数ｆｃをキャリア信号Ｓｃのキャリア周波数ｆｃとして更新する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１４、Ｓ１５の処理は、ＰＷＭ制御部２２が周波数変更部として機能することによって行われるが、周波数変更部２３がステップＳ１４、Ｓ１５の処理を実行することもきる。

キャリア周波数ｆｃが更新された場合、ゲイン設定部２４は、制御ゲインを更新する（ステップＳ１６）。かかる処理において、ゲイン設定部２４は、ステップＳ１５で更新されたキャリア周波数ｆｃに応じた制御ゲインとして、電流制御ゲインおよび速度制御ゲインを決定する。ゲイン設定部２４は、決定した電流制御ゲインをｄ軸電流制御部３７およびｑ軸電流制御部３８に設定し、決定した速度制御ゲインを速度制御部３２に設定する。

一方、キャリア周波数ｆｃの変更タイミングではない場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）、周波数変更部２３は、ステップＳ１０〜Ｓ１３の処理を行う。なお、ステップＳ１０〜Ｓ１３の処理は、指令演算周期Ｔｓで繰り返し実行される処理である。

上述した実施形態では、一つの指令演算周期Ｔｓでキャリアアップ値Δｕｐまたはキャリアダウン値Δｄｏｗｎが生成されるが、キャリアアップ値Δｕｐおよびキャリアダウン値Δｄｏｗｎは、一つに限られず、多段階であってもよい。例えば、出力部５１は、制御偏差Δｃｏｎｔが閾値ＴＨ１以上である場合、制御偏差Δｃｏｎｔが大きいほどキャリアアップ値Δｕｐを正側（または負側）に大きくすることができる。また、出力部５１は、制御偏差Δｃｏｎｔが閾値ＴＨ２以下である場合、制御偏差Δｃｏｎｔが小さいほどキャリアアップ値Δｕｐを負側（または正側）に大きくすることができる。

また、上述した実施形態では、指令演算周波数ｆｓがキャリア周波数ｆｃのＴｃｎｔ倍の周波数である例を説明した。しかし、指令演算周波数ｆｓはキャリア周波数ｆｃよりも高い周波数であればよく、これにより、ノイズなどによって検出誤差が生じた場合でも、キャリア周波数ｆｃの調整を精度よく行うことができる。

また、上述した実施形態では、出力電圧が３相交流電圧である例を説明したが、出力電圧は３相交流電圧に限定されない。例えば、出力電圧は単相交流電圧であってもよい。

また、上述した実施形態では、キャリア信号Ｓｃの山でＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃを変更する例を説明したが、ＰＷＭ制御部２２や周波数変更部２３は、キャリア信号Ｓｃの谷でＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃを変更することもできる。また、ＰＷＭ制御部２２や周波数変更部２３は、キャリア信号Ｓｃの山と谷とでＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃを変更することもできる。また、ＰＷＭ制御部２２や周波数変更部２３は、キャリア信号Ｓｃの山と谷とをカウントタイミングとし、ｍ回（ｍは３以上の整数）のカウント毎にＰＷＭ制御部２２のキャリア周波数ｆｃを変更することもできる。

また、上述した実施形態では、ｄ軸電流偏差Δｉｄとｑ軸電流偏差Δｉｑとをそれぞれ、第１および第２の閾値と比較する例を説明したが、比較対象はかかる例に限定されない。例えば、出力部５１は、ｄ軸電流偏差Δｉｄとｑ軸電流偏差Δｉｑとの二乗平均平方根を算出し、かかる算出結果と第１および第２の閾値とを比較することもできる。また、ｑ軸電流偏差Δｉｑを第１および第２の閾値と比較することもできる。

また、上述した実施形態では、キャリアアップ値Δｕｐを負値とし、キャリアダウン値ΔＤｏｗｎを正値としたが、キャリアアップ値Δｕｐを正値とし、キャリアダウン値ΔＤｏｗｎを負値とすることもできる。この場合、周波数決定部５３は、例えば、ｆｃ＝ｆｓ／−Ｔｃｎｔの演算式によりキャリア周波数ｆｃを決定することができる。この場合、上限値Ｔｍａｘおよび下限値Ｔｍｉｎは負値であり、Ｔｍａｘ＜Ｔｍｉｎである。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 電力変換装置
２ 電源
３ 回転電機
４ 回転位置検出部
１０ 電力変換部
１１ 電流検出部
２０ 制御部
２１ 指令生成部
２２ ＰＷＭ制御部
２３ 周波数変更部
２４ ゲイン設定部
２５ 推定部
２６ 規制部
５１ 出力部
５２ 積分部
５３ 周波数決定部
５４ リミッタ
６３、６４、６７、６８、７４、７５ 比較部
７１、７２ 乗算部
７３ 加算部
８０ ＰＷＭ信号生成部

Claims (16)

1. 複数のスイッチング素子を有する電力変換部と、
   前記複数のスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
   前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を変更する周波数変更部と、を備え、
   前記周波数変更部は、
   制御対象に対する制御偏差に応じた制御値を出力する出力部と、
   前記出力部から出力される前記制御値を積分する積分部と、
   前記積分部の積分値に基づいて、前記キャリア周波数を決定する周波数決定部と、を備える
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記出力部は、
   前記制御対象に対する制御偏差が第１の閾値以上である場合に、前記キャリア周波数を上げるための第１の制御値を出力し、前記制御偏差が第２の閾値以下である場合に、前記キャリア周波数を下げるための第２の制御値を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御偏差に基づいて制御指令を演算する指令生成部を備え、
   前記ＰＷＭ制御部は、
   前記制御指令に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記指令生成部の演算周波数は、前記キャリア周波数よりも高く、
   前記出力部は、
   前記指令生成部の演算周期毎に、前記制御偏差に応じた制御値を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記演算周波数は、前記キャリア周波数のｎ倍（ｎは２以上の正数）であり、
   前記周波数決定部は、
   前記演算周波数を前記積分部の積分結果で除算することにより求めた周波数を前記キャリア周波数として決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記ＰＷＭ制御の前記キャリア周波数が変更された場合、前記キャリア周波数に応じた制御ゲインを前記指令生成部に設定するゲイン設定部を備える
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
7. 前記電力変換部の出力電流を検出する電流検出部を備え、
   前記制御偏差は、出力電流指令と前記電流検出部の検出結果との偏差を含む
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
8. 前記制御対象には、前記電力変換部の出力電力によって制御される回転電機の回転位置が含まれ、
   前記制御偏差は、前記回転位置の制御偏差を含む
   ことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載の電力変換装置。
9. 前記制御対象には、前記電力変換部の出力電力によって制御される回転電機の回転速度が含まれ、
   前記制御偏差は、前記回転速度の制御偏差を含む
   ことを特徴とする請求項３〜８のいずれか１つに記載の電力変換装置。
10. 前記出力部は、
    前記制御偏差を演算する差分演算部と、
    前記制御偏差と前記第１の閾値とを比較する第１比較部と、
    前記制御偏差と前記第２の閾値とを比較する第２比較部と、
    前記第１比較部の出力に第１係数を乗算する第１乗算部と、
    前記第２比較部の出力に第２係数を乗算する第２乗算部と、
    前記第１乗算部の出力と前記第２乗算部の出力とを加算する加算部と、を備える
    ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
11. 前記積分部の積分値が上限値よりも高い場合に上限値を出力し、前記積分部の積分値が下限値よりも低い場合に下限値を出力するリミッタを備え、
    前記周波数変更部は、前記リミッタの出力に基づいて、前記キャリア周波数を変更する ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電力変換装置。
12. 前記電力変換部にかかる負荷に基づいて、前記周波数変更部による前記キャリア周波数の変更を規制する規制部を備える
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の電力変換装置。
13. 前記規制部は、
    所定期間内における前記電力変換部にかかる負荷の合計が所定値を超えた場合に、前記周波数変更部による前記キャリア周波数の変更を規制する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
14. 前記電力変換部の出力電流と前記キャリア周波数とに基づいて前記電力変換部にかかる前記負荷を推定する推定部を備え、
    前記規制部は、
    前記推定部によって推定された前記負荷に基づいて、前記周波数変更部による前記キャリア周波数の変更を規制する
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の電力変換装置。
15. ＰＷＭ制御のキャリア周波数を変更する制御装置であって、
    制御対象に対する制御偏差に応じた制御値を出力する出力部と、
    前記出力部から出力される前記制御値を積分する積分部と、
    前記積分部の積分値に基づいて、前記キャリア周波数を決定する周波数決定部と、を備える
    ことを特徴とする制御装置。
16. ＰＷＭ制御のキャリア周波数を変更する方法であって、
    制御対象に対する制御偏差に応じた制御値を生成し、
    前記生成された前記制御値を積分し、
    前記積分の結果に基づいて、前記キャリア周波数を決定する
    ことを特徴とするキャリア周波数の変更方法。

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