JP6930275B2

JP6930275B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6930275B2
Application number: JP2017153758A
Authority: JP
Inventors: 昌司滝口
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: JP2019033603A

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に係り、特に、モータを駆動するＶ／ｆ制御方式に関する。

図３に、一般的な電力変換装置のＶ／ｆ制御方式における最もシンプルな構成を示す。Ｖ／ｆ制御方式は出力電圧Ｖと出力周波数ｆの比率を一定に制御するものである。通常は、モータ６の定格周波数時に定格電圧を出力するようにＶ／ｆを設定する。

Ｖ／ｆ制御方式に関する技術については、特許文献１〜３に開示されている。

特開２００５−２５３１６３号公報特開２００１−１４５３９８号公報特開平１１−２８９７９２号公報

図４に示すように、インバータ回路５のスイッチングによるモータ６のサージ電圧低減やモータ６に印加される電流の高調波成分除去のために、インバータ回路５とモータ６との間にＬＣフィルタ等のフィルタ回路７を設ける場合がある。

この時、このフィルタ回路７により電圧降下が生じるため、モータ６に印加される電圧は、この電圧降下分低下してしまう。そのため、モータ６の出力できるトルクが減少し、同期電動機を用いた際、最悪の場合には脱調してしまう可能性がある。

また、フィルタ回路７の電圧降下分をあらかじめＶ／ｆパターンに上乗せしておくことで、モータ６に必要な電圧を印加することは可能である。しかしながら、フィルタ回路７の電圧降下は出力周波数と流れる電流に応じて変わる。そのため、周波数に応じて負荷が一意的に決まるような場合は、上乗せする電圧降下分を設定することは容易である。

しかし、周波数に応じて負荷が一意的に決まらない場合は、想定される最大の負荷がかかっても電圧が不足しないように電圧を設定することになる。その場合、軽負荷時には必要な電圧より高い電圧がモータ６に印加されることとなり、無効電流が多く流れ、インバータ回路５やモータ６の損失を増加させてしまう。

以上示したようなことから、電力変換装置において、フィルタ回路による電圧降下分を適切に補償することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により駆動されるモータと、前記インバータ回路と前記モータとの間に設けられたフィルタ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段と、周波数設定値に比例した電圧指令値を生成するｆ／Ｖ変換部と、前記電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行い、前記インバータ回路を制御するＰＷＭ制御部と、前記フィルタ回路による電圧降下分を補償するための電圧補正量を算出する電圧補正量算出部と、を備え、前記電圧指令値に前記電圧補正量を加算して前記電圧指令値を補正することを特徴とする。

また、その一態様として、前記電圧補正量算出部は、前記インバータ回路の出力電流と、前記フィルタ回路による電圧降下を補償するための前記周波数設定値に応じて可変となるゲインと、に基づいて、前記電圧補正量を算出することを特徴とする。

また、その一態様として、前記電圧補正量算出部は、前記周波数設定値に応じたゲインを予めテーブルに記憶させておくことを特徴とする。

本発明によれば、電力変換装置において、フィルタ回路による電圧降下分を適切に補償することが可能となる。

実施形態における電力変換装置を示すブロック図。実施形態におけるゲインテーブルの設定例を示すグラフ。従来の電力変換装置のＶ／ｆ制御方式の一例を示す図。従来のＬＣフィルタを有する電力変換装置のＶ／ｆ制御方式の一例を示す図。

以下、本願発明における電力変換装置の実施形態を図１，図２に基づいて詳述する。

［実施形態］
図１は、本実施形態における電力変換装置を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態における電力変換装置は、周波数設定部１と、加減速変化率制限部２と、ｆ／Ｖ変換部３と、ＰＷＭ制御部４と、インバータ回路５と、モータ６と、フィルタ回路（例えば、ＬＣフィルタ）７と、電流検出部８と、電圧補償量算出部１５と、加算器１４と、を備える。

電圧補償量算出部１５は、３相２相変換部９と、電流演算部１０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１と、ゲインテーブル１２と、乗算器１３と、を有する。

周波数設定部１は、駆動するモータ６の周波数を設定する。加減速変化率制限部２は、周波数を設定・変更した際に、周波数の変化率に制限をかけて、周波数設定値を出力する。ｆ／Ｖ変換部３は、周波数設定値に比例した電圧に変換して、電圧指令値を生成する。ＰＷＭ制御部４は、電圧指令値をＰＷＭ変換し、インバータ回路５のゲート指令を生成する。インバータ回路５は、ゲート指令にしたがって、直流電力を交流電力に変換し、モータ６に電圧を出力する。

電流検出部８は、インバータ回路５から出力される三相の出力電流を検出する。本実施形態では、図１に示すように、三相のうち二相の出力電流を検出し、その二相の出力電流から残り一相の電流を導出するが、三相の出力電流を検出しても良い。

３相２相（α−β）変換部９は、インバータ回路５の出力電流を３相から２相に座標変換する。電流演算部１０は、３相２相変換した出力電流の二乗和平方根を演算し、出力電流の振幅を演算する。なお、電流演算部１０の演算は、実効値演算でも良い。

ローパスフィルタ１１は、電流演算部１０で演算した出力電流の振幅値から、キャリアリプルや検出ノイズを除去する。また、モータ６の負荷急変等により急峻に出力電流が変化した場合、出力電流の変化が電圧の補正に直結するので、電圧の急変も抑制する。

ゲインテーブル１２は、周波数設定値に応じた電圧を補正するためのゲインＫｆがテーブル化されている。加減速変化率制限部２から出力された周波数設定値に基づいて電圧を補正するためのゲインＫｆを出力する。

乗算器１３は、ゲインテーブル１２から出力されたゲインＫｆとローパスフィルタ１１の出力値を乗算して、Ｖ／ｆパターンの電圧を補正する電圧補正量を出力する。加算器１４は、ｆ／Ｖ変換部３の出力する周波数に比例した電圧指令値に乗算器１３の出力する電圧補正量を加算する。

フィルタ回路７で生じる電圧降下分は電流と周波数により変わるが、この電圧降下分を補正するため、インバータ回路５の出力電流と周波数に応じて可変となるゲインＫｆを用いて、（１）式に従って、電圧補正量を演算する。

この時、周波数に応じて可変となるゲインＫｆのゲインテーブルの設定例を図２に示す。加減速変化率制限部２から出力された周波数設定値に応じて、可変となるゲインＫｆを設定する。図２では例として周波数設定値２５％刻みでゲインＫｆを設定し、設定値の間は線形補間するような構成としているが、周波数に応じてゲインＫｆを変えられるように設定されていればよい。このゲインＫｆとインバータ回路５の出力電流を乗じたものが電圧補正量となる。

ここで、フィルタ回路７の電圧降下分はリアクトルＬによる電圧降下分が主となる。このリアクトルＬの電圧降下はωＬＩで計算できるので、このゲインテーブル１２ではωＬに相当するゲインを設定すれば良いが、厳密にはインバータ回路５の電圧と電流の位相が異なるため電圧補正量は電流に対し線形の形にはならない。そのため、実測に合わせてゲインテーブル１２により補正可能な構成としている。

上記電圧補正量をｆ／Ｖ変換部３で周波数設定値に比例した電圧を出力するようにするが、この時、このｆ／Ｖ変換部３で出力する電圧指令値はモータ６の無負荷電圧相当（モータ定数（設計値）から設定または実測により設定）になるように設定する。

以上示したように、本実施形態によれば、周波数や負荷に応じて電圧指令値を補正することが可能となり、フィルタ回路７による電圧降下分による脱調や電圧過多による効率低下を回避することが可能となる。また、モータ６やフィルタ定数が同じであれば、ゲインテーブル１２の設定は変更する必要がない。すなわち、ゲインテーブル１２の設定は、負荷特性が変わっても影響がない。

特許文献１は、Ｖ／ｆ制御の高効率運転に関するものであるが、制御方式が無効電流や電流位相を制御するものであり、本実施形態とは異なる。また、インバータ回路５の出力にフィルタ回路７が接続された場合のことは考慮されていない。

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

１…周波数設定部
２…加減速変化率制限部
３…ｆ／Ｖ変換部
４…ＰＷＭ制御部
５…インバータ回路
６…モータ
７…フィルタ回路（ＬＣフィルタ）
８…電流検出部
９…３相２相変換部
１０…電流演算部
１１…ローパスフィルタ
１２…ゲインテーブル
１３…乗算部
１４…加算部
１５…電圧補償量算出部

Claims

直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路により駆動されるモータと、
前記インバータ回路と前記モータとの間に設けられたフィルタ回路と、
前記インバータ回路の出力電流を検出する電流検出手段と、
周波数設定値に比例した電圧指令値を生成するｆ／Ｖ変換部と、
前記電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行い、前記インバータ回路を制御するＰＷＭ制御部と、
前記フィルタ回路による電圧降下分を補償するための電圧補正量を算出する電圧補正量算出部と、
前記電圧指令値に前記電圧補正量を加算して前記電圧指令値を補正する加算器と、を備え、
前記電圧補正量算出部は、
前記インバータ回路の出力電流の振幅を演算する電流演算部と、
前記出力電流の振幅からキャリアリプルと検出ノイズを除去するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力と、前記フィルタ回路による電圧降下を補償するための前記周波数設定値に応じて可変となるゲインと、を乗算する乗算器と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
前記電圧補正量算出部は、
前記周波数設定値に応じたゲインを予めテーブルに記憶させておくことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。