專利名稱：電力變換器的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及應用于具備由多個半導體開關元件構成的逆變器的電力變換器，利用 脈寬調制(以下記載為“PWM”)對該逆變器的開關元件進行控制的電力變換器的控制裝置。
背景技術：
在電力變換器中，作為計算用于對構成逆變器的半導體開關元件進行PWM控制的 開關模式的代表性的方法之一，有載波比較法。在該載波比較法中，比較向逆變器輸入的電 壓指令與載波的大小，決定用于開關控制的接通(ON)/斷開(OFF)的模式。另外，作為載波， 使用三角波的情況較多。在使用了載波比較法的電力變換器中，載波的頻率(以下記載為“載波頻率”)是 左右電力變換器特性的重要的參數。例如，在將載波頻率設定得較高的情況下具有如下效 果逆變器輸出電壓的精度/響應特性提高，從負載產生的電磁噪音減少。另一方面，如果 將載波頻率設定得較高，還會產生如下問題半導體開關元件的開關損失增加，電磁噪聲增 加。因此，需要與連接到逆變器的負載的種類、運轉條件對應地設定適合的載波頻率。在進行與逆變器連接的負載的電流控制的情況下，通過提高載波頻率并加快輸出 電壓的更新周期，從而實現較高的電流控制響應。另一方面，如果以高載波頻率繼續進行電 流控制，則逆變器的開關損失會增加。即，電流控制的高響應化與逆變器的損失抑制具有折 衷的關系，需要使某一方優先來決定載波頻率。作為針對這樣的問題的技術，例如有下述專利文獻1公開的技術。在該專利文獻1 中，公開了根據電流指令與檢測電流的偏差(控制偏差)來變更載波頻率的技術。具體而 言，在控制偏差大的情況下，進行提高載波頻率來提高響應特性的控制。相反，在控制偏差 小、或者為零的情況下，基于良好地進行著控制這樣的想法，進行降低載波頻率的控制。即， 具有僅在需要控制響應的情況下提高載波頻率這樣的技術思想。另外，在該專利文獻1中， 還公開了根據檢測電流的變化率以及電流指令的變化率而與電流偏差的變化率相應地變 更載波頻率的技術，但其目的相同。專利文獻1 日本特開2001-37248號公報

發明內容
如上所述，在所述專利文獻1中示出的技術(以下稱為“現有技術”)中，可以同時 實現逆變器的損失抑制與電流控制響應。但是，在該現有技術中，存在以下課題。第1，在現有技術中，存在沒有充分達成同時實現電流控制響應與逆變器開關損失 這樣的課題。可以如下說明該課題。關于逆變器開關損失，值根據電流而發生變化，所以如 果電流的絕對值小，則損失也變小，可以提高載波頻率來提高電流控制響應。但是，在現有 技術的方法中，在根據電流的控制偏差來變更了載波頻率的情況下，不存在電流大小的信 息，所以無法高效地運用該特征。另外，在現有技術中，在變更載波頻率時，雖然參照電流指 令及其變換率、檢測電流及其變換率這樣的信號，但獨立地參照各個信號來求出載波頻率，并將它們進行相加來決定實際所使用的載波頻率，所以不能說充分考慮了電力變換器的運 轉狀況。第2，在現有技術中，由于參照檢測電流及其變換率，所以在對檢測電流進行采樣 的定時不與載波(三角波)的頂點同步的電流控制系統中，存在如下課題受電流脈動、噪 聲的影響，無法設定穩定的載波頻率。其結果，存在如下問題不僅無法實現目的的性能，而 且載波頻率的設定本身發生變動，在最壞的情況下，電流控制系統變得不穩定。本發明是鑒于所述情形而完成的，目的在于提供一種電力變換器的控制裝置，可 以穩定地進行載波頻率的變更，可以進一步同時實現電流控制響應性與逆變器損失抑制。為了解決所述課題并達成目的，本發明的電力變換器的控制裝置應用于具備由多 個半導體開關元件構成的逆變器的電力變換器，利用脈寬調制來控制所述逆變器的開關元 件，所述電力變換器的控制裝置的特征在于，具備電流指令產生部，產生電流指令；電流 控制器，根據所述電流指令，生成用于使期望的電流流過與所述逆變器連接的負載的電壓 指令；載波頻率設定部，根據所述電流指令以及所述電流指令的變化率，設定所述逆變器的 脈寬調制中使用的載波頻率指令；以及開關模式運算部，根據所述電壓指令以及所述載波 頻率指令進行所述脈寬調制，運算開關模式指令，所述載波頻率設定部具有將與正交軸的 一方所表示的所述電流指令及正交軸的另一方所表示的所述電流指令的變化率相應的載 波頻率的信息進行了映射的第1 二維映射圖，將與所輸入的電流指令以及該輸入的電流指 令的變化率對應的所述第1二維映射圖上的載波頻率的信息輸出到所述開關模式運算部。根據本發明的電力變換器的控制裝置，在對逆變器的脈寬調制中使用的載波頻率 指令進行設定的載波頻率設定部中，設置有將與正交軸的一方所表示的電流指令及正交軸 的另一方所表示的電流指令的變化率相應的載波頻率的信息進行了映射的第1二維映射 圖，載波頻率設定部將與所輸入的電流指令以及該輸入的電流指令的變化率對應的第1二 維映射圖上的載波頻率的信息輸出到開關模式運算部，開關模式運算部根據電壓指令以及 從載波頻率設定部輸出的載波頻率指令來運算用于進行脈寬調制的開關模式指令并輸出 到逆變器，所以起到如下效果可以穩定地進行載波頻率的變更，可以進一步同時實現電流 控制響應性提高與逆變器損失抑制。


圖1是示出本發明的實施方式1的電力變換器的控制裝置的結構的圖。圖2是示出電流指令變化率運算部Ila的一個例子及其輸出特性的圖。圖3是示出電流指令變化率運算部Ila的與圖2不同的一個例子及其輸出特性的 圖。圖4是使用與電流指令變化率的軌跡之間的關系來說明載波頻率映射圖所具有 的意義的圖。圖5是示出載波頻率映射圖的與圖4不同的例子的圖。圖6是示出本發明的實施方式2的電力變換器的控制裝置的結構的圖。圖7是示出本發明的實施方式3的電力變換器的控制裝置的結構的圖。圖8是示出本發明的實施方式4的電力變換器的控制裝置的結構的圖。圖9是示出本發明的實施方式5的電力變換器的控制裝置的結構的圖。
圖10是示出軌跡記錄映射圖的一個例子的圖。圖11是示出通過調整軌跡記錄映射圖而生成的載波頻率映射圖的一個例子的 圖。圖12是使用了電流指令以及電流指令變化率的軌跡記錄映射圖的動作說明圖。附圖標記說明1 電流指令產生部；2 電流指令；3 檢測電流信號；4 電流控制部；5 電壓指令； 6 開關模式運算部；7 開關模式指令；8 電力變換器(逆變器)；9 電流檢測器；10 負載； 11 載波頻率設定部；Ila 電流指令變化率運算部；lib 電流指令變化率；Ilc 載波頻率 映射圖㈧；Ild 載波頻率映射圖⑶；lie 載波頻率更新信號；Ilf 載波頻率映射圖(C)； Ilg 電流控制響應指令校正信號設定部；Ilh 電流控制響應指令校正信號；Ili 載波頻率 映射圖(D) ；Ilj 軌跡記錄映射圖；Ilk 軌跡信息分析部；12 載波頻率指令；13 坐標變換 部(從旋轉坐標向靜止坐標的變換)；14 電壓指令(交流)；15 坐標變換部(從靜止坐標 向旋轉坐標的變換)；16 檢測電流信號(坐標變換后)；17 相位/頻率產生部；18 相位信 號；19 頻率信號；20 電流控制響應設定部；21 電流控制響應指令；22 電流控制響應指 令(校正后)；112:變化率運算濾波器；113:絕對值運算部；115:低通濾波器(LPF)。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的電力變換器的控制裝置的實施方式進行詳細說明。另 外，本發明不限于以下所示的實施方式。實施方式1.(控制裝置的結構)首先，說明實施方式1的電力變換器的控制裝置的結構、即用于對電力變換器進 行控制的實施方式1的控制裝置的結構。圖1是示出本發明的實施方式1的電力變換器的 控制裝置的結構的圖。另外，在該圖中，為便于說明，一并記載了逆變器以及與逆變器連接 的負載和電流檢測器。在圖1中，本實施方式的控制裝置具備電流指令產生部1、將電流指令產生部1的 輸出信號作為輸入的電流控制部4及載波頻率設定部11、以及將電流控制部4的輸出信號 及載波頻率設定部11的輸出信號作為輸入的開關模式運算部6。另外，載波頻率設定部11 具備將電流指令產生部1的輸出信號作為輸入的電流指令變化率運算部11a、以及將電流 指令產生部1的輸出信號及電流指令變化率運算部Ila的輸出信號作為各輸入的載波頻率 映射圖11c。另外，開關模式運算部6的輸出信號被輸入到逆變器8。另外，在逆變器8與 由該逆變器8驅動的負載10之間設置有電流檢測器9，由電流檢測器9檢測出的信號被反 饋到電流控制部4。(控制裝置的動作)接下來，參照圖1的附圖對實施方式1的控制裝置的動作進行說明。由電流指令 產生部1產生的電流指令2被輸入到電流控制部4。另外，電流控制部4還被輸入檢測電流 信號3，電流控制部4生成用于使期望的電流流過負載10的電壓指令5并輸出到開關模式 運算部6。開關模式運算部6根據所輸入的電壓指令5進行脈寬調制(PWM)，生成開關模式 指令7并輸出到逆變器8。另外，本項中說明的開關模式指令7使用通過電壓指令與載波的
6大小比較來進行模式生成的非同步PWM方式。逆變器8由多個半導體開關元件構成，按照 開關模式指令7進行動作，將期望的電流提供給負載10。電流檢測器9對從逆變器8提供 給負載10的電流進行檢測，并且將檢測出的電流反饋到電流控制部4。載波頻率設定部11 將根據電流指令2生成的載波頻率指令12輸出到開關模式運算部6。通過如上所述構成的控制系統，在開關模式運算部6中，以依照所輸入的載波頻 率指令12的載波，生成開關模式指令7。另外，通過設為這樣的控制系統，可以實現基于電 流指令信息的載波頻率的變更。而且，在該控制系統中，在載波頻率指令12的生成中沒有 使用檢測電流信號3，所以即使在電流控制動作不與載波同步的情況下，也可以實現穩定的 載波頻率的變更。另外，在該控制系統中，例示了將電流檢測器9檢測出的檢測電流信號3 反饋給電流控制部4的結構，但例如可以在電流控制部4內推測負載電流的情況下，不需要 通過檢測電流信號3得到的反饋信息。(載波頻率設定部的動作)接下來，參照圖1 圖3的各附圖，對載波頻率設定部11的動作進行說明。另外， 圖2是示出電流指令變化率運算部Ila的一個例子以及作為該一個例子的結構部的輸出特 性的圖，圖3是示出電流指令變化率運算部Ila的與圖2不同的一個例子以及作為該一個 例子的結構部的輸出特性的圖。如上所述，載波頻率設定部11具備電流指令變化率運算部Ila與載波頻率映射圖 11c。電流指令變化率運算部Ila運算所輸入的電流指令2的變化率并輸出到載波頻率映 射圖11c。載波頻率映射圖Ilc根據所輸入的電流指令2以及該電流指令2的變化率，生成 并輸出載波頻率指令12。另外，在載波頻率映射圖Ilc中，保持有將與正交軸的一方(在圖 1的例子中縱軸)所表示的電流指令及正交軸的另一方(在圖1的例子中橫軸)所表示的 電流指令變化率相應的載波頻率信息進行了映射的二維映射圖即載波頻率映射圖(A)(第 1 二維映射圖)。另外，在此后的說明中，在提到載波頻率映射圖Ilc中保持的載波頻率映 射圖自身的情況下，記載為載波頻率映射圖(A)。另外，由電流指令變化率運算部Ila進行的電流指令變化率的運算是微分動作， 所以有時有可能產生過大的信號。因此，在將本控制裝置安裝到電力變換器，且不希望產生 過大的信號的情況下，優選使用在特定的頻率以上時截斷增益這樣的濾波器。作為該優選 的濾波器的例子，例如可以使用具有下述(1-1)式那樣的傳遞函數的濾波器。G(s) = s/(l+T · s). · · (1-1)另外，上式中的“T”是決定頻帶的參數，“S”是拉普拉斯變量。此時，電流指令變化率運算部Ila成為具有圖2(a)所示那樣的變化率運算濾波器 112的結構，通過該電流指令變化率運算部Ila得到的電流指令變化率的波形成為例如如 圖2(b)所示的波形。另外，電流指令變化率運算部Ila也可以如圖3(a)所示，除了變化率運算濾波器 112以外，還具備絕對值運算部113以及低通濾波器(以下記載為“^^”)114。在電流指令 變化率運算部1 Ia中，在通過變化率運算濾波器112求出電流指令變化率之后，通過絕對值 運算部113運算電流指令變化率的絕對值，并且通過LPF114來執行低通濾波處理。根據該 電流指令變化率運算部11a，即使在輸入了例如如圖3(b)所示的稍微振動的電流指令的情 況下，也可以計算出穩定的電流指令變化率。
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(載波頻率映射圖)接下來，使用圖4以及圖5對載波頻率映射圖進行說明。此處，圖4是使用與電流 指令變化率的軌跡之間的關系來說明載波頻率映射圖所具有的意義的圖，圖5是示出載波 頻率映射圖的與圖4不同的例子的圖。如上所述，載波頻率映射圖Ilc根據電流指令以及電流指令的變化率，輸出載波 頻率指令。此時，將圖4所示的載波頻率映射圖上的載波頻率作為載波頻率指令而輸出。 另外，在圖4的例子中，可以根據電流指令以及電流指令的變化率的值來選擇2種載波頻率 fcl、fc2(fcl < fc2)。另外，在電力變換器中，在進行一般的電流控制的情況下，如果電流指令變化率較 小，則即使是低電流控制響應也沒有問題。因此，可以將載波頻率設定得較低。另一方面， 如果電流較小，則開關損失也變小，所以可以將載波頻率設定得較高。例如圖4示出設定了 基于該想法的載波頻率映射圖的情況。例如，在圖2(b)那樣的電流指令的情況下，追尋圖4 中一并記載的軌跡。根據圖4所示的載波頻率映射圖，在電流指令變化率較大的情況下可 以設定高的載波頻率fc2。另一方面，在電流指令大的區域中，可以設定低的載波頻率fcl， 所以可以實現高電流控制響應與逆變器損失抑制。另外，在圖4中，將可以選擇的載波頻率 設為2種，但也可以進一步增加可以選擇的載波頻率。另外，例如在圖5中，在電流控制響應指令大的區域中，可以分配更高的載波頻率 (fc2 < fc3)。根據圖5的載波頻率映射圖，可以從3種載波頻率(fcl < fc2 < fc3)中選 擇所期望的一種。另外，在圖4以及圖5的例子中，示出了階段性地變更載波頻率的載波頻率映射 圖，但也可以控制成使載波頻率的切換變得連續。通過該控制，可以減小與載波頻率的變更 相伴的電流的紊亂、逆變器動作音的變化。如以上所說明那樣，根據本實施方式的電力變換器的控制裝置，可以設定與電流 指令信息對應的載波頻率。通過該控制，可以同時實現逆變器開關損失的削減以及高電流 控制響應性提高。另外，由于進行使用電流指令信息并且使用使電流指令與電流指令的變 化率關聯起來的載波頻率映射圖的控制，所以即使在檢測電流的采樣不與載波同步的情況 下，也可以實現穩定的載波頻率的變更。另外，在該實施方式中，設為將開關模式指令7應用于非同步PWM方式而進行了說 明，但也可以應用于進行與電壓指令5同步的開關模式運算的同步PWM方式。例如代替載 波頻率而設定電壓指令5的一個周期中的脈沖數，從而可以應用于同步PWM方式，可以實施 適合的開關設定。實施方式2.圖6是示出本發明的實施方式2的電力變換器的控制裝置的結構的圖。特別是在 本實施方式中，為了更好地說明本實施方式的效果，將負載10假設為例如交流馬達等的交 流負載。另外，由于將負載10設為交流負載，所以在本實施方式中，在圖1所示的實施方式 1的結構中，還設置了坐標變換部13、15。另外，與實施方式1的不同點還在于設置有相位 /頻率產生部17的點、以及載波頻率設定部11設置有載波頻率映射圖Ild的點。另外，對 于其他結構，與圖1的結構相同或者等同，對這些結構部附加同一符號而示出。檢測電流信號3通過坐標變換部15被變換為2軸正交旋轉坐標上的檢測電流信號16而用于電流控制。電壓指令5也同樣地通過坐標變換部13被變換為交流的電壓指令 14而用于開關模式運算。相位/頻率產生部17輸出相位信號18以及頻率信號19。相位 信號18用于坐標變換。頻率信號19相當于對相位信號18進行微分而得到的信號。以后， 為便于說明，以相位/頻率產生部17輸出的頻率信號19的頻率為基本頻率。S卩，逆變器8 供給的電力的頻率是該基本頻率。(載波頻率設定部的動作)接下來，參照圖6對實施方式2的載波頻率設定部11的動作進行說明。在實施方 式2的控制裝置中，與圖1所示的實施方式1不同，向載波頻率設定部11輸入頻率信號19。 通常，可知在向交流負載供給電力的情況下，需要將載波頻率設定得充分高于基本頻率。如 果無法得到充分的載波頻率，會產生如下問題電流控制系統變得不穩定，或者在交流負載 中流過多余的高頻電流而使交流負載的損失、逆變器的損失增加。因此，優選在設定載波頻 率時反映基本頻率的信息。在圖6中，作為其一個例子，示出了可以選擇3種載波頻率的情況下的載波頻率設 定部11的結構。如上所述，電流指令變化率運算部Ila以及具有載波頻率映射圖㈧的載 波頻率映射圖Ilc與在實施方式1中說明的部分相同或者等同。另外，在本實施方式2中， 新追加了載波頻率映射圖lid。另外，在以后的說明中，在提到載波頻率映射圖Ild中保持 的載波頻率映射圖自身的情況下，記載為載波頻率映射圖(B)。載波頻率映射圖Ild是將頻率信號19作為輸入并輸出載波頻率更新信號lie的 動作部，在載波頻率映射圖Ild中，保持有一維的映射圖(第1 一維映射圖)、即記載有 fcl fc3的設定信息的載波頻率映射圖(B)。載波頻率更新信號lie是載波頻率映射圖 Ilc(載波頻率映射圖(A))中的載波頻率選項fcl、fc2、fc3(fcl < fc2 < fc3)的值。艮口， 根據電流指令2以及電流指令變化率11b，從載波頻率映射圖(A)上的3種載波頻率中選擇 一個載波頻率，其值是根據載波頻率映射圖(B)來決定的。通過如上所述構成的控制系統，可以設定反映了基本頻率的載波頻率。另外，通過 設為這樣的控制系統，可以確保與基本頻率對應的電流控制系統的穩定性，可以設定使逆 變器8的損失、負載10的損失或者其合計成為最小那樣的載波頻率。如以上所說明那樣，根據本實施方式的電力變換器的控制裝置，可以設定與電流 指令信息以及基本頻率對應的載波頻率。通過該控制，在向交流馬達那樣的交流負載供給 電力的情況下，不僅可以同時實現逆變器開關損失的削減以及高電流控制響應性提高，而 且還可以確保電流控制的穩定性。另外，在該實施方式中，將從載波頻率映射圖Ild輸出的載波頻率更新信號lie作 為載波頻率映射圖(A)中的載波頻率選項fcl、fc2、fc3的值而進行了說明，但不需要一定 是選項的值，當然還可以是根據作為載波頻率更新信號lie示出的值而在載波頻率映射圖 Ilc側選擇最接近該值的值那樣的控制系統。實施方式3.圖7是示出本發明的實施方式3的電力變換器的控制裝置的結構的圖。在本實施 方式中，將電流控制系統的響應特性保持為規定值，并且降低載波頻率，從而削減逆變器的 開關損失。在本實施方式中，除了圖1所示的實施方式1的結構以外，還設置有電流控制響應
9設定部20，并且在載波頻率設定部11內設置了載波頻率映射圖Ilf以及電流控制響應指令 校正信號設定部Hg。另外，對于其他結構，與圖1的結構相同或者等同，對這些結構部附加 同一符號而示出。電流控制響應設定部20設定并輸出與控制裝置整體的動作狀況等對應的適合的 電流控制響應指令21。該電流控制響應指令21被輸入到載波頻率設定部11，用于載波頻 率的設定。另外，電流控制響應指令21還被用作用于控制電流控制部4的電流控制響應指 令。但是，電流控制響應指令21本身不被輸入到電流控制部4，而是根據載波頻率指令12 進行了校正的校正后的電流控制響應指令22被輸入到電流控制部4。(載波頻率設定部的動作)接下來，參照圖7對實施方式3的載波頻率設定部11的動作進行說明。在圖7 中，載波頻率映射圖Ilf是一維的映射圖(第2 —維的映射圖)，保持有記載了例如fcl、 fc2(fcl <fc2)這2種載波頻率的載波頻率映射圖(C)。另外，與載波頻率映射圖(A)以 及載波頻率映射圖(B)時同樣地，在提到載波頻率映射圖Ilf中保持的載波頻率映射圖自 身的情況下，記載為載波頻率映射圖(C)。此處，如果將載波頻率fc2設定為滿足原來的電流控制響應指令21的載波頻率， 則在電流指令變化率高的情況下，得到規定的電流控制響應特性。另一方面，在電流指令變 化率低的情況下，可以判斷為沒有要求規定的電流控制響應特性的狀況。此時，通過使用低 的載波頻率fcl，可以削減逆變器8的開關損失。但是，需要留意在選擇低的載波頻率fcl 時不會成為過剩的電流控制響應指令。因此，在該實施方式中，使用根據作為載波頻率映射 圖Ilc的輸出的載波頻率指令12來輸出電流控制響應指令校正信號Ilh的電流控制響應 指令校正信號設定部Hg，并且從原來的電流控制響應指令21進行電流控制響應指令校正 信號Ilh的減法運算并輸出到電流控制部4，從而在選擇了低的載波頻率fcl時，不會成為 過剩的電流控制響應指令。如以上所說明那樣，根據本實施方式的電力變換器的控制裝置，通過將電流控制 系統的響應特性保持為規定值，并且降低載波頻率，從而可以削減逆變器的開關損失。例如 在負載10是要求了位置、速度的控制的致動器、馬達的情況下，在電流指令產生部1中包括 位置控制系統、速度控制系統。在該情況下，如果作為下位循環的電流控制系統的響應特性 可以維持規定值，則作為上位循環的位置控制系統以及速度控制系統的設計變得容易。實施方式4.圖8是示出本發明的實施方式4的電力變換器的控制裝置的結構的圖。在圖6所 示的實施方式2中，說明了以電流指令信息為基本，使用基本頻率信息來設定載波頻率的 方法。另外，在圖7所示的實施方式3中，說明了以電流指令信息為基本，一并使用電流控 制響應指令信息來設定載波頻率的方法。當然還可以并用這些基本頻率信息以及電流控制 響應指令信息。因此，在本實施方式中，構成了以電流指令信息為基本，還使用基本頻率信 息以及電流控制響應指令信息的控制系統。另外，在圖8中，作為一個例子，示出了可以選 擇3種載波頻率fcl、fc2、fc3 (fcl < fc2 < fc3)的控制系統，對與圖6以及圖7所示的結 構相同或者等同的構成部附加同一符號而示出。在圖8中，在載波頻率設定部11中，設置了 3個載波頻率映射圖D (fcl設定用、 fc2設定用、fc3設定用)。載波頻率映射圖Ili是對與在正交軸的一方(在圖8的例子中
10縱軸)作為基本頻率示出的頻率信號19及在正交軸的另一方(在圖8的例子中橫軸)示 出的電流控制響應指令22對應的載波頻率信息進行了映射的二維映射圖(第2 二維映射 圖)。在載波頻率映射圖Ili中，將頻率信號19以及電流控制響應指令21作為輸入，參照 載波頻率映射圖D，決定對載波頻率映射圖llc(即，載波頻率映射圖(A))的fcl fc3分 配的載波頻率值。另外，其他各模塊的動作與實施方式2、3中說明的動作相同或者等同，省 略其詳細的說明。根據本實施方式的電力變換器的控制裝置，可以將電流控制系統的響應特性保持 為規定值，并且確保電流控制系統的穩定性，而且適當地降低載波頻率。實施方式5.圖9是示出本發明的實施方式5的電力變換器的控制裝置的結構的圖。在圖1所 示的實施方式1中，需要在載波頻率設定部11的載波頻率映射圖IlC中，預先設定載波頻 率映射圖(A)。在實施方式5中，說明了自動地設定/調整該載波頻率映射圖(A)的方法。 在圖9所示的載波頻率設定部11中，除了圖1所示的實施方式1的結構以外，還設置有軌 跡記錄映射圖Ilj以及軌跡信息分析部Ilk。另外，對于其他結構，與圖1的結構相同或者 等同，對這些結構部附加同一符號而示出。接下來，參照圖9 圖12的附圖，對軌跡記錄映射圖Ilj以及軌跡信息分析部Ilk 的動作進行詳細說明。另外，圖10是示出軌跡記錄映射圖的一個例子的圖，圖11是示出通 過調整軌跡記錄映射圖而生成的載波頻率映射圖的一個例子的圖。另外，圖12是使用了電 流指令以及電流指令變化率的軌跡記錄映射圖的動作說明圖。軌跡記錄映射圖Ilj是將表示正交軸的一方(在圖10的例子中縱軸)所表示的電 流指令與正交軸的另一方(在圖10的例子中橫軸)所表示的電流指令變化率的關系的軌 跡的推移以及該軌跡的規定的區域中的通過次數(與滯留時間意義相同)進行了記錄(映 射)的二維映射圖。另外，此處所稱的規定的區域是指，圖10的由虛線部包圍那樣的、根據 正交軸的一側的規定寬度與另一側的規定寬度來決定的區域。此處，如果輸入到軌跡記錄映射圖Ilj的電流指令以及電流指令變化率為例如如 圖12所示那樣的波形，則軌跡記錄映射圖中的軌跡的推移成為如圖10(a)所示。軌跡記錄 映射圖Ilj在電流控制開始之后，針對每個區間，在每個規定的期間At對通過了軌跡記錄 映射圖上的區域(由虛線部包圍的區域)的次數(相當于滯留時間)進行計數。另外，此 時生成的軌跡記錄映射圖如圖10(b)所示。在圖10(b)所示的例子中，電流指令以及電流指令變化率都小的區域Rl的通過次 數是3，電流指令小且電流指令變化率大的區域R2的通過次數是2，電流指令大且電流指令 變化率小的區域R4的通過次數是11。另外，該計數值是對分別與圖12所示的各區域對應 的部位(圓圈)進行計數而得到的。此處，如果電流指令大且電流指令變化率小的區域中 的通過次數較多，則該區域成為適合載波頻率調整的區域。例如，圖10(b)所示的區域R4 是適合載波頻率調整的區域。軌跡信息分析部Ilk從軌跡記錄映射圖Ilj中抽取所述計數值，根據該計數值來 變更設置在載波頻率映射圖Ilc中的載波頻率映射圖(A)的載波頻率信息。圖11(a)是調整前(變更前)的載波頻率映射圖(A)，在所有區域中，設定為某個 決定的載波頻率(在該圖的例子中是5[kHz])。另一方面，在調整后的載波頻率映射圖(A)中，在適合載波頻率變更的區域(在該圖的用粗線部示出的區域)中變更為比調整前的載 波頻率小的規定的載波頻率(在該圖的例子中是4[kHz])。另外，關于載波頻率的設定，也 可以在比At長的規定的期間對臨時設定的載波頻率進行一次復位，并再次計算計數值， 從而進行載波頻率的再次設定。由此，可以設定與負載的運轉狀況靈活地對應的適合的載 波頻率。如以上所說明那樣，根據本實施方式的電力變換器的控制裝置，可以設定反映了 實際運轉的載波頻率映射圖，另外可以自動地調整臨時設定的載波頻率映射圖，所以可以 減輕載波頻率映射圖的設定以及調整中所需的勞力。例如，在進行電流控制時，可以記錄電 流指令以及電流指令變化率的軌跡，并且抽取在電流指令大且電流指令變化率小的區域中 長時間滯留的區域，自動地進行降低載波頻率的調整。另外，在本實施方式中，示出了在電流指令大且電流指令變化率小的區域中降低 載波頻率的調整方法，但不限于該調整方法。也可以與其相反地，對需要電流控制響應的區 域進行提高載波頻率的調整。另外，在本實施方式中，示出了將用于自動調整載波頻率映射圖(A)的結構應用 于實施方式1的載波頻率設定部的實施方式，但當然也可以將本結構應用于實施方式2 4所示的載波頻率設定部。產業上的可利用件如上所述，本發明的電力變換器的控制裝置適用于可以實現穩定的載波頻率的變 更，并可以進一步同時實現電流控制響應性和逆變器損失抑制的發明。
1權利要求
一種電力變換器的控制裝置，應用于具備由多個半導體開關元件構成的逆變器的電力變換器，利用脈寬調制來控制所述逆變器的開關元件，所述電力變換器的控制裝置的特征在于，具備電流指令產生部，產生電流指令；電流控制器，根據所述電流指令，生成用于使期望的電流流過與所述逆變器連接的負載的電壓指令；載波頻率設定部，根據所述電流指令以及所述電流指令的變化率，設定所述逆變器的脈寬調制中使用的載波頻率指令；以及開關模式運算部，根據所述電壓指令以及所述載波頻率指令進行所述脈寬調制，運算開關模式指令，所述載波頻率設定部具有將與正交軸的一方所表示的所述電流指令及正交軸的另一方所表示的所述電流指令的變化率相應的載波頻率的信息進行了映射的第1二維映射圖，將與所輸入的電流指令以及該輸入的電流指令的變化率對應的所述第1二維映射圖上的載波頻率的信息輸出到所述開關模式運算部。
2.根據權利要求1所述的電力變換器的控制裝置，其特征在于，權利要求1所述的載波頻率設定部具有將與所述逆變器的輸出電力的頻率相應的載 波頻率的信息進行了映射的第1 一維映射圖，使用從所述第1 一維映射圖輸出的載波頻率 信息，對從所述第1二維映射圖輸出的載波頻率的值進行調整。
3.根據權利要求1所述的電力變換器的控制裝置，其特征在于，權利要求1所述的載波頻率設定部具有第2 —維映射圖，將與電流控制響應指令相應的載波頻率的信息進行了映射；以及電流控制響應指令校正信號設定部，根據與從所述第1 二維映射圖輸出的載波頻率指 令對應的電流控制響應指令校正信號，設定用于校正所述電流控制響應指令的電流控制響 應指令校正信號，所述載波頻率設定部使用從所述第2 —維映射圖輸出的載波頻率的信息來調整從所 述第1 二維映射圖輸出的載波頻率的值，并且將所述電流控制響應指令校正信號輸出到所 述電流控制部，所述電流控制部按照使用所述電流控制響應指令校正信號進行了校正的電流控制響 應指令，進行電流控制動作。
4.根據權利要求1所述的電力變換器的控制裝置，其特征在于，權利要求1所述的載波頻率設定部具有第2 二維映射圖，將與正交軸的一方所表示的電流控制響應指令及正交軸的另一方所 表示的所述逆變器的輸出電力的頻率相應的載波頻率的信息進行了映射；以及電流控制響應指令校正信號設定部，根據與從所述第1 二維映射圖輸出的載波頻率指 令對應的電流控制響應指令校正信號，設定用于校正所述電流控制響應指令的電流控制響 應指令校正信號，所述載波頻率設定部使用從所述第2 二維映射圖輸出的載波頻率的信息來調整從所 述第1 二維映射圖輸出的載波頻率的值，并且將所述電流控制響應指令校正信號輸出到所 述電流控制部，所述電流控制部按照使用所述電流控制響應指令校正信號進行了校正的電流控制響 應指令，進行電流控制動作。
5.根據權利要求1 4中的任意一項所述的電力變換器的控制裝置，其特征在于， 權利要求1 4所述的載波頻率設定部具備軌跡記錄映射圖，記錄有表示正交軸的一方所表示的所述電流指令與正交軸的另一方 所表示的所述電流指令的變化率的關系的軌跡，并且，對所述軌跡通過了由正交軸的所述 一方中的規定寬度與所述另一方中的規定寬度決定的各區域內的次數進行計數，并記錄有 該計數了的計數值；以及軌跡信息分析部，根據從所述軌跡記錄映射圖抽取的計數值來變更所述第1 二維映射 圖中的載波頻率信息。
全文摘要
一種電力變換器的控制裝置，適合于具備逆變器的電力變換器，利用脈寬調制來控制逆變器的開關元件，可以實現穩定的載波頻率的變更，進一步同時實現電流控制響應性與逆變器損失抑制。設置有根據電流指令(2)以及電流指令變化率(11b)來設定逆變器(8)的脈寬調制中使用的載波頻率指令的載波頻率設定部(11)。載波頻率設定部(11)具有將與縱軸表示的電流指令與橫軸表示的電流指令變化率相應的載波頻率的信息進行了映射的載波頻率映射圖(A)，將輸入的電流指令(2)以及與該輸入的電流指令變化率(11b)對應的載波頻率映射圖(A)上的載波頻率的信息輸出到開關模式運算部(6)。
文檔編號H02P27/08GK101919151SQ200880124988
公開日2010年12月15日 申請日期2008年1月18日 優先權日2008年1月18日
發明者佐竹彰, 古谷真一, 澤木潤 申請人:三菱電機株式會社