[发明专利]电力变换器控制装置及电力变换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于输出电压指令值，对将直流电压变换为期望频率的交流电压的电力变换器进行基于脉冲宽度调制(PWM)控制的交流电动机的控制的电力变换器控制装置及电力变换控制方法。

背景技术

在使用了电力变换装置的交流电动机驱动中，通过使用该电力变换装置内部的二极管对由商用或者非商用的各种电源供给的交流电源进行整流，由平滑电容器进行平滑，从而将其变换为直流电压。之后，由逆变器变换为任意交流电压，输出给电动机并进行可变速控制。具体地说，根据基于输出电压指令值和载波的大小比较的PWM控制，对逆变器进行开关，从而将正弦波状的输出电压指令值的大小变换为输出脉冲，并对交流电动机施加电压。在这种PWM控制中，大致分为不同步PWM控制和同步PWM控制。

不同步PWM控制是不管输出电压指令值的频率f_t的值如何，都将载波的频率f_c始终设为恒定的方式，可用于通用逆变器、轧机驱动逆变器等。

另一方面，同步PWM控制是将载波的频率f_c始终设为输出电压指令值的频率f_t的K倍(K：3的倍数)的方式，可用于电动车或无功补偿装置等。在这种情况下，随着输出电压指令值的频率f_t的变化，使载波的频率f_c和两者的比率发生变化。

在不同步PWM控制中，输出电压指令值在载波的周期内认为基本是一定的，为了减小输出电压指令值和输出脉冲的误差，需要将载波的频率f_c相对于输出电压指令值的频率f_t设定得足够大(f_c/f_t：10以上)。在该载波的频率f_c和输出电压指令值的周期f_t的比率小的情况下，输出电压指令值在载波的周期内变化很大。因此，输出电压指令值和输出脉冲的误差变大，产生差拍(beat)现象等问题，并且在交流电动机驱动时电机输出转矩中产生脉动(ripple)。

因此，在专利文献1中记载了一种抑制在载波的频率f_c和输出电压指令值的频率f_t的比率小的情况下发生的差拍现象的PWM控制方式。专利文献1中记载了估计出在决定输出脉冲宽度的载波的半周期时间中的输出电压指令值的平均值，并相应地产生输出脉冲的控制方式。

另一方面，在对交流电动机施加的电压中，由于PWM控制而产生下式(1)所示的边带波分量f_b。

f_b＝m·f_c+n·f_c    ...(1)

m、n：整数

在不同步PWM控制中，因为载波的频率f_c是一定的，所以边带波分量f_b根据输出电压指令值的基波频率f_t而变化。而且，在输出电压指令值的基波频率f_t附近也产生边带波分量f_b，成为几Hz～几十Hz低次成分的电机输出转矩脉动成分。如果该电机输出转矩脉动成分和几十Hz这种低的机械系统固有振动频率相一致，则产生机械性振动。上述专利文献1不能充分地抑制这种现象。

在同步PWM控制中，因为将载波的频率f_c始终设为输出电压指令值的基波频率f_t的K倍(K：3的倍数)，故此可将式(1)所示的边带波分量f_b设为输出电压指令值的基波频率f_t的整数倍。因此，可以防止输出电压指令值的基波频率f_t以下的电机输出转矩脉动成分的产生。通过使用同步PWM控制，不会产生和几十Hz的机械系统固有振动频率相一致的低次的电机输出转矩脉动成分，所以可以防止上述的机械性振动。

在上述同步PWM控制中，在交流电动机运转中使载波的频率f_c变化。因此，作为抑制对切换时的交流电动机施加的电压波形的畸变的方法，以往存在以相同的定时同步地变更载波和电压指令值的方法(专利文献2)。

专利文献1：日本专利第3259571号公报

专利文献2：日本特开2009-118599号公报