JPH03230767A - 三相ｐｗｍインバータ装置における相電流検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は三相ＰＷＭインバータ装置における相電流を検
出するための相電流検出装置に関する。

（従来の技術） 近年、三相ＰＷＭインバータ装置として次のような構成
のものが供されている。インバータ主回路を構成する６
個のスイッチング素子がとりうるスイッチングモードの
うち有意義な組合わせに対し位相がπ／３異なる６種類
の基本電圧ベクトルを対応させ、これにゼロベクトルを
加える。そして、インバータ主回路における各スイッチ
ング素子のスイッチング状態を、６種類の互いに位相が
π／３異なる基本電圧ベクトルに対応するスイッチング
モード及びゼロベクトルに対応するスイッチングモード
のうちの所要のスイッチングモードを組合わせて所定の
制御周期毎に時間比制御する。これによりインバータ主
回路から負荷に電圧ベクトルが回転するような正弦波出
力を供給するのである。

この場合、インバータ装置から負荷に流れる各相の相電
流を測定するには、従来、二相又は三相に電流検出器を
設けることが一般的であった。

（発明か解決しようとする課題） ところが、この種のインバータ装置に使用される電流検
出器としては、ホールＣＴ等の周波数特性に優れたもの
か必要であるため、２個或いは３個の電流検出器を要す
る構成ではコスト上の不利か大きい。

また、電流検出器を１個で済ませるためには、これを直
流母線側に設ける構成も考えられる。しかし、この構成
では、出力電圧や位相によっては、各相の電流検出が不
可能になることかある。その理由は、出力電圧か低い場
合には、ゼロベクトルの比率が高くなって、実際に電圧
が印加される基本電圧ベクトルに対応するスイッチング
モードの保持時間か短くなるため、電流検出に必要な時
間を確保できなくなり、また出力電圧ベクトルが６種の
基本電圧ベクトルに近い位相の場合には、その出力電圧
ベクトルに対し位相的に遠い基本電圧ベクトルに対応す
るスイッチングモードの保持時間が短くなるため、やは
り電流検出に必要な時間を確保できなくなるからである
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。

従って、その目的は、１個の電流検出手段で各相の電流
を検出でき、しかも出力電圧や位相にかかわらず常に相
電流を確実に検出できる三相ＰＷＭインバータ装置にお
ける相電流検出装置を提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の相電流検出装置は、インバータ主回路における
各スイッチング素子のスイッチング状態を、６　ｆ−１
類の互いに位相かπ／３異なる基本電圧ベクトルに対応
するスイッチングモード及びゼロベクトルに対応するス
イッチングモードのうちの所要のスイッチングモードを
組合わせて時間比制御することにより前記インバータ主
回路から負荷に市弦波出力を供給するようにしたＰＷＭ
インバータ装置にあって、その相電流を検出するための
ものにおいて、前記インバータ主回路の直流母線に流れ
る電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段に
より電流を検出した時における前記インバータ主回路の
スイッチングモードに基づきその時の検出電流値がどの
相の電流値・に相当するかを判断する相判断手段とを設
け、ゼロベクトル以外のいずれかの基本電圧ベクトルに
対応するスイッチングモードの保持時間がインバータ主
回路のデッドタイムと前記電流検出手段による電流検出
に要する時間との和よりも長くなるように構成したとこ
ろに特徴を有する。

（作用） 上５己手段によれば、直流母線に１個の電流検出手段を
設けるたけて全ての相の電流が検出できるから、電流検
出手段の数は最小限で済む。しかも、スイッチングモー
ドの保持時間は、インバタ主回路のデッドタイムと電流
検出手段による電流検出に要する時間との和よりも常に
長くなるように設定されているから、いかなる電圧・位
相の場合でも電流検出に必要な時間を確保できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。

まず、本発明か適用される三相ＰＷＭインバータ装置に
おけるインバータ主回路の概略的構成は、第１図に示す
通り直流母線１，２間に６個のスイッチング素子３ｕ、
３ｖ、３ｗ、３ｘ、３ｙ＝３２をブリッジ接続１−た周
知構成である。ここで、各アームの上下のスイッチング
素子はいずれか一方がオンにされるものであるから、ス
イッチングモードは２３−８通り存在する。そこで、イ
ンバータ装置の出力電圧に各相の位相差を考慮し各スイ
ッチングモードに対応して瞬時ベクトル的表現を与えた
電圧ベクトルを仮想すると、これらは第２図に実線で示
すように、互いにπ／３だけ位相か異なり且つ大きさの
等しい６種の基本電圧ベクトルと２種のゼロベクトル（
０，０，０）、（１１，１）として表現できる。ここで
、８種のベクトル（Ｓａ　、　　Ｓｂ　、　　Ｓｃ　）
は、８通りのスイッチングモードに対応し、各相の正側
のスイッチング素子３ｕ、３ｖ、３ｗがオンであるとき
にＳａ。

Ｓｂ、Ｓｃを「１」と表わし、逆に負側のスイッチング
素子３ｘ、３ｙ、３ｚがオンであるときにｒＯＪと表わ
したものである。

上記各スイッチング素子のスイッチング状態を制御する
ための三相ＰＷＭ信号発生手段４はいわゆる瞬時磁束制
御方式に従った三＄１１１１　Ｐ　Ｗ　Ｍ信号を生成す
る。ここでいう瞬時磁束制御方式とは、例えば昭和５７
年電気関係学会東海支部連合会にて発表された「制御特
性向上のための技術的考察」或いは特願昭６２−２２４
８８９号「インバータ装置の三相ＰＷＭ信号発生回路」
等に詳述された技術をいう。これを概略的に述べると、
インバータ主回路における各スイッチング素子のスイッ
チング状態を、互いに位相がπ／３異なる基本電圧ベク
トルに対応するスイッチングモード及びゼロベクトルに
対応するスイッチングモードのうちの所要のスイッチン
グモードを所定の制御周期１５ｗ毎に必要な保持時間づ
つ組合わせるという時間比制御を行うことにより任意の
大きさ及び位相の電圧ベクトルを出力したこととするも
のである。例えば、基本電圧ベクトル（１，０，０）及
び同（１，１，０）間にあって、位相指令値θ１、電圧
指令値Ｖ８に対応する電圧ベクトルを出力させるには、
基本電圧ベクトル（１，０，０）　、同（１，１，０）
及びゼロベクトルに対応する各スイッチングモードの保
持時間を夫々１．．１２゜１ｏとすると、第３図に示し
たような幾何学的解析から明らかなように位相指令値θ
８が属する領域における位相指令値θ６の進み角がθで
あるから、次の（１）式を満たす時間比ｔｌ：ｔ２：ｔ
。が設定される。

１、：１２　：１ｏ謬 Ｖ”　　・　Ｔｓｗ−ｓｉｎ（（ｙｒ　／ｆｉ）−θ）
　：Ｖ　’　　・　Ｔ　５ｗ−５＋ｎｌ（ｙｒ　／Ｂ）
＋θ）　：Ｔ　５Ｗ−Ｖ　”　・Ｔ　ｓｗ・［５ｊｎｌ
（π／６）−θ）＋５ｉｎｌ（π／６）十〇）］ ・・・・・・・・・　（１） この様にして生成された三相ＰＷＭ信号ＳＵ。

Ｓｖ、Ｓｗは、デッドタイム発生回路５に入力されて６
個のスイッチング素子用の各スイッチング信号Ｂ　ｌ：
、　Ｂ　ｖ、　Ｂ　ｗ、　Ｂ　ｘ、　Ｂ　ｖ、　Ｂ　ｚ
が生成される。このデッドタイム発生回路５は、三相Ｐ
　Ｗ　Ｍ信号からインバータ主回路の各アームの上下の
スイッチング素子が同時にオンすることがないようにし
て各スイッチング素子のためのスイッチング信号を生成
するためのもので、第４図に１相（Ｕ相）分のみを示し
た通り、遅延回路６、アンドゲート７及びインバータゲ
ート８を備えて構成される。第５図にはその各部の電圧
波形図を示しており、同図（ａ）のような三相ＰＷＭ信
号Ｓｕが入力側に与えられると、同図（ｂ）、（Ｃ）に
示すようなスイッチング信号ＢＵ、Ｂｘが生成される。

同図に示したｔａｄがデッドタイムに相当する。

さて、このインバータ装置の相電流を検出するため、第
１図に示すように、インバータ主回路の直流母線２に電
流検出手段たる１個のホールＣＴ９か設けられている。

このホールＣＴ９からの電流検出値１ｄｃは、それがど
の相の電流値に相当するかを判断する相判断手段たる相
判断回路１０に人力される。この相判断回路１０におい
て判断のための情報は、その電流検出値ｌｄ。が得られ
た瞬間でのスイッチングモードであり、各基本電圧ベク
トル（スイッチングモード）とその瞬間に直流母線１，
２に流れる電流の相とが第６図に示す対応関係にあるこ
とを判断に利用している。なお、同図において、ｌ、、
、ｌｖ、１ｗは順にＵ相、■相、及びＷ相の各電流を示
し、負号を付したものは電流の定義方向（第１図参照）
とは逆向きに流れることを意味する。例えば、スイッチ
ングモトが基本電圧ベクトル（１，０，０）に対応する
場合は、インバータ主回路のスイッチング素子３ｕ、３
ｙ、３ｚがオン状態にあり、スイッチング素子３ｖ、３
ｗ、３ｘ、がオフ状態にあることを意味するから、その
スイッチングモードの瞬間に直流母線１．２に流れる電
流はＵ相電流ｉｏである。３　ＩＩＩの出力電流のうち
２相分が判断できれば、残りの１相は電流総和が零の条
件から算出でき、従って、１制御周期毎に金相の電流が
検出できることになる。なお、相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ
と電流検出値１ｄｃとの関係は第７図に示す通りとなる
。

この相開断回路１０の具体的な構成は第８図に示す通り
である。同図に示された遅延回路１１の遅延時間ＴＤＬ
は、インバータ主回路に設定された前記デッドタイムｔ
ｄｄと、スイッチング素子のスイッチング時間ｔｏｗと
の和以上（ＴＤＬ　＞　ｔ　７７　＋ｔ、、）となるよ
うに設定されている。３個のインバータケート１２及び
６個のアンドゲート１３から構成されたロジック回路は
、電流検出値１ｄｅがどの相の電流値に相当するかを判
断する要部をなすもので、各スイッチングモードに対応
する三相ＰＷＭ信号Ｓｕ、Ｓｖ、ＳＷの組合わせに基づ
き各アンドゲート１３のいずれかの８力端子から信号が
出力され、単安定マルチバイブレータ１４を介して６個
のスイッチ１５のいずれかが選択的にオン状態とされる
。前記ホールＣＴ９からの信号ラインはこれらの全ての
スイッチ１５に接続され、各スイッチ１５から６種の相
電流１ｕ、　　ｉＶｉ、、−ｉ。、　　’ｌｙ、　　Ｉ
ｗの検出値が出力される。

さて、第１図に示す１６は制御周期決定手段であり、こ
れは位相指令値θ８及び電圧指令値ｖ８を受けて前記三
相ＰＷＭ信号発生回路４における制御周期Ｔ５Ｗを決定
する。具体的には、制御周期決定手段１６は位相指令値
θ１及び電圧指令値Ｖ１の各位に対応する種々の制御周
期をテーブル化したＲ　ＯＭを備え、与えられた位相指
令値θゝ及び電圧指令値ｖ１の各位に応じて制御周期Ｔ
、Ｗを読み出して三相ＰＷＭ信号発生手段４に与える。

ここで決定される制御周期Ｔｓｗは位相指令値θ８及び
電圧指令値■１に応じて長短変化するようになっており
、位相指令値θ１及び電圧指令値Ｖ８に応じて定まるゼ
ロベクトル以外のいずれかの基本電圧ベクトルに対応す
るスイッチングモードの保持時間（【１又はｊ　２　）
　ｊ）’インバータ主回路のデッドタイムｊａｄとホー
ルＣＴ９による電流検出に要する時間ｔ　Ｉｆとの和よ
りも長い時には、一定の短い制御周期Ｔ５ｗが選択され
、そのスイッチングモードの保持時間が上記時間（ｔ　
ｄｄ＋　ｔ　ｍｙ）よりも短くなる時にはその保持時間
か時間（Ｃｄａ＋ｔ１．）よりも長くなるように制御周
期Ｔｓｗか長くされる。いずれかのスイッチングモード
の保持時間か時間（Ｌ　ａｄ＋　ｊ　、−）よりも短く
なる場合としては、出力電圧が低い場合と出力電圧ベク
トルが６種の基本電圧ベクトルに近い位相の場合とがあ
る。そこで、この様になる出力電圧ベクトルか存在する
領域を例えば基本電圧ベクトル（１，０゜０）と同ＣＩ
、１．０）との間の位相について図示すると、第８図に
斜線を付して示した領域内となる。即ち、制御周期決定
手段１６は、位相指令値θ１及び電圧指令値■１から判
断して第８図に斜線を付して示した領域以外の電圧ベク
トルを出力するときは通常の短い制御周期ＴｓＷを選択
し、第８図に斜線を付して示した領域内の電圧ベクトル
を出力するときは、その電圧ベクトルを出力するための
２種の基本電圧ベクトルのうち保持時間か短いほうの基
本電圧ベクトルに対応するスイッチングモードの保持時
間か、時間（ｔ　ａａ＋ｔ　、、）よりも長くなるよう
に制御周期Ｔｓｗを長くする。

この場合、基本電圧ベクトルとは異なる位相の電圧ベク
トルを出力するときに２種の基本電圧ベクトルを１回づ
つ出力するスイッチング制御が行われると、短い方の保
持時間ｔ１の２倍の時間が時間（ｔａｄ十ｊ　ｓｗ）よ
りも長くなる必要がある。即ち、制御周期Ｔｓｗは次の
（２）式を満たすように長くする必要がある。

２　Ｖ　”　　・Ｔ　５ｗ−５ｉｎｌ（ｙｒ　／ｅ）−
〇）＞ｔａａ＋ｉ−−・・・・・・（２） また、他方の基本電圧ベクトルについては、インバータ
の出力電圧に含まれる高調波成分を低減するために、ゼ
ロベクトルを中間に挟んで出力することがあるから、即
ちｔ２　／　２−１−　ｔｏ−１−ｉ　２／２と出力さ
れることがあるから、制御周期Ｔ、Ｗは次の（３）式を
満たすことが必要である。

■１　・　Ｔｓｗ’ＳＩｎ巨　π／６）十〇）＞　ｉ　
ａａ＋　ｔ　ａｙ　　・・・・・・（３）上記構成によ
れば、直流母線２に設けた１個のホールＣＴ９により全
ての相の電流が検出できるから、ホールＣＴ９の数は最
小限で済み、製造コストを安価になし得る。しかも、位
相指令値θ１及び電圧指令値ｖｌ＋によってはスイッチ
ングモトの保持時間がインバータ主回路のデッドタイム
ｔｄｄとホールＣＴ９による電流検出に要する時間ｔ　
ＩＩＩとの和よりも短くなりそうな場合には、制御周期
ＴｓＷが長くなってスイッチングモードの保持時間は常
に上記時間（ｔ　ｄａ　＋　ｔ　、、）よりも長くされ
るから、いかなる電圧・位相の場合でも確実に電流を検
出することができる。

なお、上記実施例では、位相指令値θ１及び電圧指令値
ｖ８に応じて一部領域で制御周期ＴＳＷを長くするよう
にしたが、制御周期Ｔ５ｗを一定にしたままスイッチン
グモードの保持時間を時間（ｔｄｄ＋ｔ−）よりも長く
することもてきる。これには、電圧ベクトルの指令値が
第８図に斜線を付して示した領域内に入る時には、−旦
、強制的にその領域外の電圧ベクトルを出力し、その後
のスイッチングモードはその領域外電圧ベクトルを補正
するようなものとすれば良い。

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更
して実施できるものである。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、１個の電流検出手段で各相
の電流を検出でき、しかも出力電圧や位相にかかわらず
常に相電流を確実に検出できるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はインバータ装
置の主回路と共に示す要部のブロック図、第２図は基本
電圧ベクトルを示す図、第３図は一部領域内の位相にお
ける保持時間の算出原理を示す図、第４図はデッドタイ
ム発生回路を示すブロック図、第５図は同回路の波形図
、第６図は基本電圧ベクトルと相電流との対応図、第７
図は各相電圧と相電流との関係を示す図、第８図は柑判
断回路を示すブロック図、第９図は制御周期を長くする
領域を示すベクトル図である。 図面中、１２は直流母線、３ｕ、３ｖ、３ｗ３ｘ、３ｙ
、３ｚはスイッチング素子、４は三相ＰＷＭ信号発生手
段、５はデッドタイム発生回路、９はホールＣＴ（電流
検出手段）、１０は相別断回路（柑判断手段）、１６は
制御周期決定手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、インバータ主回路における各スイッチング素子のス
   イッチング状態を、６種類の互いに位相がπ／３異なる
   基本電圧ベクトルに対応するスイッチングモード及びゼ
   ロベクトルに対応するスイッチングモードのうちの所要
   のスイッチングモードを組合わせて時間比制御すること
   により前記インバータ主回路から負荷に正弦波出力を供
   給するようにした三相ＰＷＭインバータ装置にあって、
   その各相電流を検出するためのものにおいて、前記イン
   バータ主回路の直流母線に流れる電流を検出する電流検
   出手段と、この電流検出手段により電流を検出した時に
   おける前記インバータ主回路のスイッチングモードに基
   づきその時の検出電流値がどの相の電流値に相当するか
   を判断する相判断手段とを設け、ゼロベクトル以外のい
   ずれかの基本電圧ベクトルに対応するスイッチングモー
   ドの保持時間がインバータ主回路のデッドタイムと前記
   電流検出手段による電流検出に要する時間との和よりも
   長くなるように構成したことを特徴とする三相ＰＷＭイ
   ンバータ装置における相電流検出装置。