JP2000308383A - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JP2000308383A JP2000308383A JP11110736A JP11073699A JP2000308383A JP 2000308383 A JP2000308383 A JP 2000308383A JP 11110736 A JP11110736 A JP 11110736A JP 11073699 A JP11073699 A JP 11073699A JP 2000308383 A JP2000308383 A JP 2000308383A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- inverter device
- harmonic
- vibration
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は矩形波電圧が本質的に有する高調波
成分のうち、振動に最も寄与する、第５次と第７次の時
間高調波を低減して、低振動、低騒音なモータ運転を行
うインバータ装置を提供するものである。 【解決手段】 本願発明のインバータ装置は、ＢＬモー
タ、リラクタンスモータを運転するインバータ装置にお
いて、通電角度を１４４°±３°にすることで、第５次
の時間高調波成分を最小にすることができ、低振動、低
騒音を可能にする。
成分のうち、振動に最も寄与する、第５次と第７次の時
間高調波を低減して、低振動、低騒音なモータ運転を行
うインバータ装置を提供するものである。 【解決手段】 本願発明のインバータ装置は、ＢＬモー
タ、リラクタンスモータを運転するインバータ装置にお
いて、通電角度を１４４°±３°にすることで、第５次
の時間高調波成分を最小にすることができ、低振動、低
騒音を可能にする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ＢＬモータやリラ
クタンスモータ、誘導電動機を最適に制御するインバー
タ装置に関する。
クタンスモータ、誘導電動機を最適に制御するインバー
タ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、永久磁石を回転子にした同期電動
機（以下ＢＬモータ：ブラシレスモータと略す）や、回
転子の磁気抵抗が回転子位置により変化することで回る
リラクタンスモータ（突極構造の回転子を有するモー
タ、回転子内に空隙を設けることで磁気抵抗を変化させ
るモータ、永久磁石を組み合わせて磁気抵抗を変化させ
るモータ、等を含む）を速度制御する場合、回転速度や
負荷によりモータ印加電圧を変化させる必要があり、制
御装置は印加電圧を変化させる手段として、ＰＡＭ（Ｐ
ｕｌｓＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パル
ス波高値）制御やＰＷＭ（ＰｕｌｓＷｉｄｔｈＭｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎ:パルス幅）制御等を用いている。
機（以下ＢＬモータ：ブラシレスモータと略す）や、回
転子の磁気抵抗が回転子位置により変化することで回る
リラクタンスモータ（突極構造の回転子を有するモー
タ、回転子内に空隙を設けることで磁気抵抗を変化させ
るモータ、永久磁石を組み合わせて磁気抵抗を変化させ
るモータ、等を含む）を速度制御する場合、回転速度や
負荷によりモータ印加電圧を変化させる必要があり、制
御装置は印加電圧を変化させる手段として、ＰＡＭ（Ｐ
ｕｌｓＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パル
ス波高値）制御やＰＷＭ（ＰｕｌｓＷｉｄｔｈＭｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎ:パルス幅）制御等を用いている。
【０００３】モータ印加電圧はＢＬモータやリラクタン
スモータを制御する場合、回転子の位置に応じて電圧位
相を同期させる必要があり、一回転当り数百パルス以上
の高度な回転子位置検出器を用いる場合は検出した位相
に同期して印加電圧を正弦波に近似する正弦波ＰＷＭ制
御を用いるが、通常は回転子位置検出器を各相の着磁検
出器で行うセンサー付き方式か、回転中のモータの誘起
電圧を検出して回転子位置を探るセンサーレス方式が主
流であり、ＢＬモータ、リラクタンスモータとも矩形波
で制御する等幅ＰＷＭ制御かＰＡＭ制御が多い。
スモータを制御する場合、回転子の位置に応じて電圧位
相を同期させる必要があり、一回転当り数百パルス以上
の高度な回転子位置検出器を用いる場合は検出した位相
に同期して印加電圧を正弦波に近似する正弦波ＰＷＭ制
御を用いるが、通常は回転子位置検出器を各相の着磁検
出器で行うセンサー付き方式か、回転中のモータの誘起
電圧を検出して回転子位置を探るセンサーレス方式が主
流であり、ＢＬモータ、リラクタンスモータとも矩形波
で制御する等幅ＰＷＭ制御かＰＡＭ制御が多い。
【０００４】矩形波電圧を印加する場合、従来は図３に
示す１８０°通電と呼ばれる電圧か、図４に示す１２０
°通電と呼ばれる電圧が多かった。これは３相モータを
運転するとき前述の回転子着磁検出器を用いると、１相
当り１周期にＮ極とＳ極との１パルスの正負の信号を
得、各相が１２０°の位相角度で検出するため、一電気
周期あたり６モードの極位置が判別できるからである。
示す１８０°通電と呼ばれる電圧か、図４に示す１２０
°通電と呼ばれる電圧が多かった。これは３相モータを
運転するとき前述の回転子着磁検出器を用いると、１相
当り１周期にＮ極とＳ極との１パルスの正負の信号を
得、各相が１２０°の位相角度で検出するため、一電気
周期あたり６モードの極位置が判別できるからである。
【０００５】しかし１８０°通電、１２０°通電とも第
５次高調波、第７次高調波による振動が大きい欠点を有
しており、静音がもとめられる送風機用途等では振動対
策が必須であった。
５次高調波、第７次高調波による振動が大きい欠点を有
しており、静音がもとめられる送風機用途等では振動対
策が必須であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は矩形波電圧が
本質的に有する高調波成分のうち、振動に最も寄与す
る、第５次と第７次の時間高調波を低減して、低振動、
低騒音なモータ運転を行うインバータ装置を提供するも
のである。
本質的に有する高調波成分のうち、振動に最も寄与す
る、第５次と第７次の時間高調波を低減して、低振動、
低騒音なモータ運転を行うインバータ装置を提供するも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明のインバータ装
置は、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転するイン
バータ装置において、通電角度を１４４°±３°にする
ことで、第５次の時間高調波成分を最小にすることがで
き、低振動、低騒音を可能にする。
置は、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転するイン
バータ装置において、通電角度を１４４°±３°にする
ことで、第５次の時間高調波成分を最小にすることがで
き、低振動、低騒音を可能にする。
【０００８】
【発明の実施の形態】本願発明のインバータ装置は、Ｂ
Ｌモータ、リラクタンスモータを運転するインバータ装
置において、通電角度を１４４°±３°にすることで第
５次の時間高調波成分を最小にすることができる。ま
た、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転するインバ
ータ装置において、通電角度を１５４°±３°にするこ
とで第７次の時間高調波成分を最小にすることができ
る。また、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転する
インバータ装置において、通電角度を１４９°±３°に
することで、第５次と第７次の時間高調波の和を最小に
することができる。
Ｌモータ、リラクタンスモータを運転するインバータ装
置において、通電角度を１４４°±３°にすることで第
５次の時間高調波成分を最小にすることができる。ま
た、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転するインバ
ータ装置において、通電角度を１５４°±３°にするこ
とで第７次の時間高調波成分を最小にすることができ
る。また、ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転する
インバータ装置において、通電角度を１４９°±３°に
することで、第５次と第７次の時間高調波の和を最小に
することができる。
【０００９】また、誘導電動機を矩形波で運転するイン
バータ装置において、通電角度を１４４°±３°にする
ことで、第５次の時間高調波成分を最小にすることがで
きる。また、誘導電動機を矩形波で運転するインバータ
装置において、通電角度を１５４°±３°にすることで
第７次の時間高調波成分を最小にすることができる。ま
た、誘導電動機を矩形波で運転するインバータ装置にお
いて、通電角度を１４９°±３°に第５次と第７次の時
間高調波の和を最小にすることができる。
バータ装置において、通電角度を１４４°±３°にする
ことで、第５次の時間高調波成分を最小にすることがで
きる。また、誘導電動機を矩形波で運転するインバータ
装置において、通電角度を１５４°±３°にすることで
第７次の時間高調波成分を最小にすることができる。ま
た、誘導電動機を矩形波で運転するインバータ装置にお
いて、通電角度を１４９°±３°に第５次と第７次の時
間高調波の和を最小にすることができる。
【００１０】
【実施例】本実施例はＢＬモータ、リラクタンスモータ
を運転するインバータ装置において、通電角度を１４４
°±３°、１５４°±３°又は１４９°±３°にしたイ
ンバータ装置であり、第５次、第７次の時間高調波成分
を最小にして、低振動、低騒音なモータを運転するイン
バータ装置を提供するものである。
を運転するインバータ装置において、通電角度を１４４
°±３°、１５４°±３°又は１４９°±３°にしたイ
ンバータ装置であり、第５次、第７次の時間高調波成分
を最小にして、低振動、低騒音なモータを運転するイン
バータ装置を提供するものである。
【００１１】通電角を１４４°±３°、１５４°±３°
又は１４９°±３°にすることで、時間高調波成分が最
小になる理由を以下に示す。図１に示すように１８０°
の矩形波の０°の位置から位相角度Ａで電圧パルスが立
ち上る矩形波をフーリエ級数で求める場合、この波形は
対称波で且つ奇関数であるから、ｃｏｓ項は存在せずｓ
ｉｎ項のみ存在し、高調波次数をｎとおくとｎは奇数
（ｎ＝１、３、５、７、…）のみ存在する。そして、空
間的に１周期を３６０°として１２０度ずつ位相をずら
して３相結線したモータに印加電圧の１周期を３６０°
として１２０°ずつの位相差をもつ３相電圧（図１でＵ
相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧と表示）で運転しているか
ら、３次の倍数の高調波成分は互いに打ち消しあって存
在しなくなる。ゆえに高調波次数ｎは１、５、７、１
１、１３、… となる。この第５次高調波と第７次高調
波が基本周波数の６倍の振動を発生させる成分でその値
が大きいほど振動が大きく（加振力が強く）なる。
又は１４９°±３°にすることで、時間高調波成分が最
小になる理由を以下に示す。図１に示すように１８０°
の矩形波の０°の位置から位相角度Ａで電圧パルスが立
ち上る矩形波をフーリエ級数で求める場合、この波形は
対称波で且つ奇関数であるから、ｃｏｓ項は存在せずｓ
ｉｎ項のみ存在し、高調波次数をｎとおくとｎは奇数
（ｎ＝１、３、５、７、…）のみ存在する。そして、空
間的に１周期を３６０°として１２０度ずつ位相をずら
して３相結線したモータに印加電圧の１周期を３６０°
として１２０°ずつの位相差をもつ３相電圧（図１でＵ
相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧と表示）で運転しているか
ら、３次の倍数の高調波成分は互いに打ち消しあって存
在しなくなる。ゆえに高調波次数ｎは１、５、７、１
１、１３、… となる。この第５次高調波と第７次高調
波が基本周波数の６倍の振動を発生させる成分でその値
が大きいほど振動が大きく（加振力が強く）なる。
【００１２】第ｎ次高調波成分の電圧の大きさを、１８
０°通電時の基本波成分の大きさを１（１００％）とし
た比でＶ(ｎ)とすると式（１）となる。
０°通電時の基本波成分の大きさを１（１００％）とし
た比でＶ(ｎ)とすると式（１）となる。
【００１３】
【数１】
【００１４】この式を展開し、電圧波形の一周期を３６
０°とすると、振動に最も寄与する第５次高調波と第７
次高調波の場合、第５次高調波成分は矩形波の立ち上が
りが前記位相角度のＡが１８°（９０/５°）ならばそ
の成分が０となり（式（２））、同じく第７次高調波は
Ａが１２.８６°（９０／７°）ならばその成分が０で
あることが分かる（式（３））。この成分が０であるこ
とは、モータが回転するとき、その時間的高調波の加振
力が０であることを意味し、時間高調波が原因の振動は
発生しない。
０°とすると、振動に最も寄与する第５次高調波と第７
次高調波の場合、第５次高調波成分は矩形波の立ち上が
りが前記位相角度のＡが１８°（９０/５°）ならばそ
の成分が０となり（式（２））、同じく第７次高調波は
Ａが１２.８６°（９０／７°）ならばその成分が０で
あることが分かる（式（３））。この成分が０であるこ
とは、モータが回転するとき、その時間的高調波の加振
力が０であることを意味し、時間高調波が原因の振動は
発生しない。
【００１５】
【数２】
【００１６】
【数３】
【００１７】故に、通電角度で表現するなら、第５次高
調波成分が最小となる通電角度は１８０°−１８°×２
＝１４４°であり、第７次高調波成分が最小になるのは
１８０°−１２．８６°×２＝１５４．３°となる。
調波成分が最小となる通電角度は１８０°−１８°×２
＝１４４°であり、第７次高調波成分が最小になるのは
１８０°−１２．８６°×２＝１５４．３°となる。
【００１８】次に、式（１）を展開し、位相角度ＡをＸ
軸に、各高調波の大きさをＹ軸に図示したのが図２で、
これより上記した各々の位相角度を選ぶと第５次高調波
と第７次高調波の成分が０であることが分かる。
軸に、各高調波の大きさをＹ軸に図示したのが図２で、
これより上記した各々の位相角度を選ぶと第５次高調波
と第７次高調波の成分が０であることが分かる。
【００１９】さらに図２で、第１次高調波成分は基本波
成分と呼ばれ、モータの回転数に寄与する基本波であ
り、その基本波に対する各高調波の成分が振動成分にな
るから、それらの含有量を基本波で割った値が歪率を意
味し、その値が小さいほど振動が小さくなる。ここで各
高調波成分の実効値の２乗の和の平方根が歪み成分であ
り、その歪み成分を基本波の大きさで割った値が歪率で
あるから、図２より歪率の最小値は位相角度で１５．４
７５°、通電角度で１４９．０５°であることが分か
る。
成分と呼ばれ、モータの回転数に寄与する基本波であ
り、その基本波に対する各高調波の成分が振動成分にな
るから、それらの含有量を基本波で割った値が歪率を意
味し、その値が小さいほど振動が小さくなる。ここで各
高調波成分の実効値の２乗の和の平方根が歪み成分であ
り、その歪み成分を基本波の大きさで割った値が歪率で
あるから、図２より歪率の最小値は位相角度で１５．４
７５°、通電角度で１４９．０５°であることが分か
る。
【００２０】なお、従来例の１８０°通電時は式（１）
のＡが０°であるから、基本波の成分に対して、式
（４）より第５次高調波の成分は２０％、式（５）より
第７次高調波の成分は１４．３％であり、１２０°通電
も式（１）のＡを３０°として式（６）、（７）より絶
対値は同じ値である。そして、基本波に対する歪率は式
（８）より２４．６％あることが分かる。
のＡが０°であるから、基本波の成分に対して、式
（４）より第５次高調波の成分は２０％、式（５）より
第７次高調波の成分は１４．３％であり、１２０°通電
も式（１）のＡを３０°として式（６）、（７）より絶
対値は同じ値である。そして、基本波に対する歪率は式
（８）より２４．６％あることが分かる。
【００２１】
【数４】
【００２２】
【数５】
【００２３】
【数６】
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】それに対して通電角が１４４°ならば、前
述のごとく、第５次の成分は０だが、第７次の成分は同
様の計算より８．４％、歪率も８．４％であり、通電角
が１５４．３°ならば第５次高調波の成分は８．７％、
第７次高調波の成分は０、歪率は８．７％である。第５
次と第７次による歪率が最小値となる通電角１４９．０
５°の場合は第５次高調波成分が４．３％、第７次高調
波成分が４．５％、歪率が６．３％である。
述のごとく、第５次の成分は０だが、第７次の成分は同
様の計算より８．４％、歪率も８．４％であり、通電角
が１５４．３°ならば第５次高調波の成分は８．７％、
第７次高調波の成分は０、歪率は８．７％である。第５
次と第７次による歪率が最小値となる通電角１４９．０
５°の場合は第５次高調波成分が４．３％、第７次高調
波成分が４．５％、歪率が６．３％である。
【００２７】電圧波形は図１の位相角度Ａを１５°（通
電角１２０°）と決めても、スイッチングトランジスタ
のＯＦＦ時の時間遅れによるスイッチングトランジスタ
の同時ＯＮを防止するデッドタイムコントロールや回路
の遅れ、バラツキ等が発生することと、図２より角度が
数°程度の変化は振動の増加に著しく増加させないこと
より、位相角度Ａの許容角度は、モータの最高回転数を
６０００ｒ／ｍｉｎ（１００ｒ／ｓ）、モータの着磁を
８極着磁とすると、時間波の１周期は２．５ｍＳであ
り、スイッチングトランジスタのＯＦＦ時の時間遅れに
よるトランジスタ同時ＯＮの不都合を防止するデッドタ
イムは通常２０μＳ程度は必要であるから、２０μＳは
周期を３６０°とすると３°となり、本願は３°程度の
バラツキは許容する。
電角１２０°）と決めても、スイッチングトランジスタ
のＯＦＦ時の時間遅れによるスイッチングトランジスタ
の同時ＯＮを防止するデッドタイムコントロールや回路
の遅れ、バラツキ等が発生することと、図２より角度が
数°程度の変化は振動の増加に著しく増加させないこと
より、位相角度Ａの許容角度は、モータの最高回転数を
６０００ｒ／ｍｉｎ（１００ｒ／ｓ）、モータの着磁を
８極着磁とすると、時間波の１周期は２．５ｍＳであ
り、スイッチングトランジスタのＯＦＦ時の時間遅れに
よるトランジスタ同時ＯＮの不都合を防止するデッドタ
イムは通常２０μＳ程度は必要であるから、２０μＳは
周期を３６０°とすると３°となり、本願は３°程度の
バラツキは許容する。
【００２８】以上より、矩形波電圧をモータに印加する
場合は通電角が１４４°なら第５次高調波によるモータ
の振動成分が０の低振動な波形を提供でき、１５４．３
°なら第７次高調波によるモータの振動成分が０の低振
動な波形を提供でき、１４９．０５°ならば第５次と第
７次の高調波成分の両方による振動が最小な電圧波形を
提供できる。
場合は通電角が１４４°なら第５次高調波によるモータ
の振動成分が０の低振動な波形を提供でき、１５４．３
°なら第７次高調波によるモータの振動成分が０の低振
動な波形を提供でき、１４９．０５°ならば第５次と第
７次の高調波成分の両方による振動が最小な電圧波形を
提供できる。
【００２９】なお、誘導電動機用のインバータ装置をＰ
ＡＭ制御で運転する例が省エネルギーを期待してエアコ
ンを中心に増加しているが、誘導電動機のインバータ装
置は前述のＢＬモータやリラクタンスモータの場合の着
磁検出器は不要で、センサーからのフィードバックがな
いオープン制御となるが、矩形波の時間高調波の考え方
は同じであり、本発明の波形であれば時間高調波による
振動の減少は同様である。
ＡＭ制御で運転する例が省エネルギーを期待してエアコ
ンを中心に増加しているが、誘導電動機のインバータ装
置は前述のＢＬモータやリラクタンスモータの場合の着
磁検出器は不要で、センサーからのフィードバックがな
いオープン制御となるが、矩形波の時間高調波の考え方
は同じであり、本発明の波形であれば時間高調波による
振動の減少は同様である。
【００３０】同様に上記実施例は図１からＰＡＭ制御を
前提にした実施例になっているが、等幅のＰＷＭ制御で
の実施も同様のことである。
前提にした実施例になっているが、等幅のＰＷＭ制御で
の実施も同様のことである。
【００３１】また、図２より、第５次の高調波成分は位
相角度Ａが５４°の時、第７次高調波成分は位相角度Ａ
が３８．５７°、６４．２９°の時に０となり、上記振
動低下の効果は同じだが、基本波の成分が大きく減少し
ており、モータの基本回転数時にモータ印加電圧が減少
するためモータの誘起電圧定数を下げる必要があり、そ
れは同じ負荷トルクが加わった時のモータ電流が増加す
ることになるからスイッチングトランジスタの電流容量
が増加するため、得策ではない。
相角度Ａが５４°の時、第７次高調波成分は位相角度Ａ
が３８．５７°、６４．２９°の時に０となり、上記振
動低下の効果は同じだが、基本波の成分が大きく減少し
ており、モータの基本回転数時にモータ印加電圧が減少
するためモータの誘起電圧定数を下げる必要があり、そ
れは同じ負荷トルクが加わった時のモータ電流が増加す
ることになるからスイッチングトランジスタの電流容量
が増加するため、得策ではない。
【００３２】
【発明の効果】以上より、本発明の通電角で３相モータ
を運転すると、時間高調波によるモータの振動が低減
し、低振動、低騒音なモータを運転するインバータ装置
を提供できる。
を運転すると、時間高調波によるモータの振動が低減
し、低振動、低騒音なモータを運転するインバータ装置
を提供できる。
【図１】本実施例の電圧波形図
【図２】同位相角度と高調波成分の電圧の大きさを示す
図
図
【図３】従来例で１８０°通電の電圧波形図
【図４】従来例で１２０°通電の電圧波形図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 AA09 BB05 BB06 CC01 CC05 DD03 DD04 DD09 FF03 GG06 HA06 HB02 LL23 LL33 5H560 AA02 BB12 BB18 DA13 EB01 EC02 JJ12 RR10 XA03 XA06 5H576 AA10 BB04 CC01 DD02 DD04 DD05 DD09 FF03 GG05 HA01 HB01 LL15
Claims (6)
- 【請求項１】 ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転
するインバータ装置において、通電角度を１４４°±３
°にしたインバータ装置。 - 【請求項２】 ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転
するインバータ装置において、通電角度を１５４°±３
°にしたインバータ装置。 - 【請求項３】 ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転
するインバータ装置において、通電角度を１４９°±３
°にしたインバータ装置。 - 【請求項４】 誘導電動機を矩形波で運転するインバー
タ装置において、通電角度を１４４°±３°にしたイン
バータ装置。 - 【請求項５】 誘導電動機を矩形波で運転するインバー
タ装置において、通電角度を１５４°±３°にしたイン
バータ装置。 - 【請求項６】 誘導電動機を矩形波で運転するインバー
タ装置において、通電角度を１４９°±３°にしたイン
バータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11110736A JP2000308383A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11110736A JP2000308383A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | インバータ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000308383A true JP2000308383A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14543226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11110736A Pending JP2000308383A (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | インバータ装置 |
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1999
- 1999-04-19 JP JP11110736A patent/JP2000308383A/ja active Pending
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