JPH04138064A - 電流形インバータの制御装置 - 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） この発明は、直流電源の出力電流を直流リアクトルで平
滑し、得られた直流電流をインバータによって交流電流
に変換すると共に、出力電圧をコンデンサで平滑して誘
導性の負荷に供給する電流形インバータに係り、特に、
コンデンサと負荷のりアクタンスによって生じる振動現
象を抑制する制御装置に関する。

（従来の技術） 第３図は主回路と併せて示した従来の電流形インバータ
の制御装置の構成を示すブロック図である。同図におい
て、ＧＴＯ等でなるスイ、ンチング素子１〜６を三相ブ
リッジ接続してなるインノ（−タフの直流側には、直流
電流を平滑する直流リアクトル８を介して、直流電源１
３が接続されている。

また、インバータ７の交流側には、出力電圧を平滑する
コンデンサ９〜１１が接続されると共に、リアクタンス
を有する負荷１２が接続されている。

このうち、直流電源１３を制御するために振幅変調回路
１６が設けられ、インバータの出力電流の振幅指令値■
　をこのインバータの位相指令値θ。

で振幅変調して直流電源１３の出力電流指令値■。

を発生する。この出力電流指令値Ｉｒは加算器１８の一
方入力として加えられる。また、電流検出器１９が直流
電源１３の出力電流を検出しており、その電流検出値ｌ
　が加算器１８の他方入力として加え「 られる。加算器１８は電流指令値Ｉ、から電流検出値１
１を減算し、電流偏差値ΔＩを出力する。そして、電流
制御回路２０はこの電流偏差値ΔＩに従って直流電源１
３を制御する。

一方、インバータ７を制御するために、位相指令値θ。

が加算器２２の一方入力して加えられ、出力電流位相の
フィードバック値θｒが加算器２２の他方入力として加
えられる。加算器２２は位相指令値θ　からフィードバ
ック値θｒを減算して位相偏差値Δθを出力する。積分
器２３はこの位相偏差値Δθを積分して位相偏差積分値
θ　を出力してスイッチング制御回路２４に加える。こ
のスイッチング制御回路２４は位相偏差積分値θ　が一
定の大きさになる毎にインバータ７を制御すると共に、
出力電流位相値をフィードバック値θｆとして加算器２
２に加えている。

第４図はこの電流形インバータの制御装置の詳細な動作
説明図であり、（ａ）はインバータ７の出力側のＡ点に
おけるＵ相出力電流１ｕ−負荷１２に供給されるＢ点の
Ｕ相負荷電流ＩＬＵ、および、Ｂ点と０点との間のＵＶ
線間電圧ｖ、■の関係を示す図、（ｂ）は電流指令値Ｉ
　と電流検出値！、との関係を示す図、（ｃ）は位相指
令値θ。と出力電流位相のフィードバック値θｆとの関
係を示す図、（ｄ）は位相偏差積分値θ　の変化を示す
図、（ｅ）は後述する負荷電流の振幅成分Ｉ　の振幅指
令値■　に対する偏差（Ｉａ−１，）、および、後述す
る負荷電流の位相成分θ　の位相指令値θ。に■ 対する偏差（θ１−θ。）の変化を示す図である。

ここで、第４図（ｂ）に示す如く、時刻ｔ１１でスチッ
プ状に大きくなっている電流指令値■　は、「 同図（Ｃ）に示す位相指令値θ。のπ１３毎に５１ｎ（
θ　）［θ。−π／３〜２π／３］で振幅変調された値
になっている。この電流指令値■　と、電流検出器１９
によって検出される電流検出値Ｉｒとが一致するように
電流制御回路２０が直流電源１３を制御する。

また、インバータ７のスイッチングの状態によって決ま
る出力電流位相値、すなわち、同図（ｃ）に示す位相フ
ィードバック値θｒは、「１」〜ｒ６　（−０）Ｊの６
通りの状態を有し、スイッチング素子１と６とがオンに
なる状態を「１」、スイッチング素子１と２とがオンに
なる状態を「２」、スイッチング素子３と２とがオンに
なる状態を「３」、スイッチング素子３と４とがオンに
なる状態を「４」、スイッチング素子５と４とがオンに
なる状態を「５」、スイッチング素子５と６とがオンに
なる状態を「６」としている。

この場合、位相指令値θ。が零のとき出力電流位相値θ
　も零であり、位相指令値θ。が増大すると出力電流位
相値θ、との間に偏差を生じる。

この偏差が加算器２２で検出され、積分器２３で積分さ
れる。従って、位相偏差積分値θ　は同図（ｄ）に示す
ように増加し、時刻ｔｉにおいて正側の一定値に到達す
ると、スイッチング制御回路２４によりインバータフの
スイッチング状態を「１」に進める。これにより、位相
偏差積分値θ　は減少し、時刻Ｔ２にて負側の一定値に
到達すると、スイッチング制御回路２４によりインバー
タ７のスイッチング状態を「０」に戻す。また、スイッ
チング状態を「０」に戻したことにより、位相偏差積分
値θ　は増大し、時刻ｔ３で正側の一定値に達するとス
イッチング制御回路２４によりインバータ７のスイッチ
ングの状態は再び「１」に進められる。

以下、同様なスイッチング制御が行われる。そして、時
刻ｔ４にてスイッチングの状態を「１」に進めた後、こ
れに続いて時刻ｔ５で位相偏差積分値θ　が正側の一定
値に達すると、スイッチング制御回路２４によりインバ
ータ７のスイッチングの状態が「２」に進められる。こ
のようにして、出力電流位相値θ　は位相指令値θ。に
追従制御される。

一方、インバータ７の出力側のＡ点の電流、すなわち、
第４図（ａ）に示すＵ相出力電流１ｕは、電流検出値Ｉ
　に等しい振幅と、位相指令値θ。

に追従制御された出力電流位相値θ、に一致した位相を
有するパルス幅制御波形となる。そして、Ｂ点で見たと
きインバータ７から負荷１２に、第４図（ａ）に示すＵ
相負荷電流■ＬＩＪが供給され、さらに、Ｂ点と０点と
の間に、同図（ａ）に示すＵＶ線間電圧ｖＵｖが発生す
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記の電流形インバータは、出力電圧をコンデンサ９〜
１１で平滑して負荷１２に供給しているが、このコンデ
ンサ９〜１１と負荷１２により共振回路が形成されるこ
とがある。このとき、負荷電流の振幅成分■　の振幅指
令値■６に対する偏差（Ｉ。

一■　）、および、負荷電流の位相成分θ１の位相指令
値θ　に対する偏差（θ１−θ。）は、第４図（ｅ）に
示すように変化している。このため、Ｕ相負荷電流ｌＬ
ＵおよびＵＶ線間電圧Ｖｕ−各波形は、第４図（ａ）に
示したように振動する。

かかる電圧および電流の振動は、回路中の抵抗によって
減衰するが、負荷電流制御の障害となり、さらに、高調
波による損失の増大を招くという問題があった。また、
負荷として交流電動機を接続した場合、トルク脈動によ
る振動や騒音を発生するという問題もあった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、インバータの出力側に発生する電流および電圧の振
動を抑制することのできる電流形インバータの制御装置
を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、インバータの出力電流の振幅指令値をこの
インバータの出力電流の位相指令値で振幅変調して直流
電源の電流指令値を求め、この出力電流指令値と前記直
流電源の出力電流検出値とが等しくなるように前記直流
電源を制御する第１の制御部と、前記インバータの出力
電流の位相指令値と位相フィードバック値とが等しくな
るように前記インバータを制御する第２の制御部と、前
記負荷に供給される交流電流の振幅または位相を検出し
、この振幅の振幅指令値に対する偏差の変化を抑制する
ように前記出力電流指令値を補正するか、または、前記
位相の位相指令値に対する変−化を抑制するように前記
振幅指令値を補正する指令値補正部とを備えたものであ
る。

もう一つの発明は、インバータの出力電流の振幅指令値
をこのインバータの出力電流の位相指令値で振幅変調し
て直流電源の電流指令値を求め、この出力電流指令値と
前記直流電源の出力電流検出値とが等しくなるように前
記直流電源を制御する第１の制御部と、前記インバータ
の出力電流の位相指令値と位相フィードバック値とが等
しくなるように前記インバータを制御する第２の制御部
と、前記負荷に供給される交流電流の振幅および位相を
検出し、この振幅の振幅指令値に対する偏差の変化を抑
制するように前記出力電流指令値を補正し、かつ、前記
位相の位相指令値に対する変化を抑制するように前記振
幅指令値を補正する指令値補正部とを備えたものである
。

（作　用） この発明においては、負荷に供給される交流電流の振幅
または位相を検出し、この振幅の振幅指令値に対する変
化を抑制するように直流電源の出力電流指令値を補正す
るか、または、この位相の位相指令値に対する変化を抑
制するようにインノ（−夕の出力電流の振幅指令値を補
正しているので、インバータの出力側に生じる電流と電
圧の振動を抑制することができる。

また、直流電源の出力電流指令値およびインノく一夕の
出力電流の振幅指令値の両方を補正することにより、イ
ンバータの出力側に生じる電流と電圧の振動をさらに迅
速に小さくすることができる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、図中、第３図と同一の符号を付したものはそれぞ
れ同一の要素を示す。ここでは、振幅変調回路１Ｂと加
算器１８との間に加算器１７を設け、電流指令値ｌ　を
振動抑制成分で補正できるようにすると共に、加算器２
２の前段に加算器２１を設け、位相指令値θ。を振動抑
制成分で補正できるようにしている。

一方、振動抑制成分および振幅抑制成分を生成するため
、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の負荷電流を検出する電流検出器２６
〜２８が設けられ、各検出値が３相２相変換器２９に加
えられている。３相２相変換器２９は３相の負荷電流を
２相に変換して出力する。また、位相指令値θ。を入力
して２相の単位正弦波に変換する正弦波発生器３０が設
けられ、この単位正弦波を座標変換器３１に加えている
。座標変換器３１はこの単位正弦波を用いて２相の負荷
電流を回転座標上の値に変換する。この座標変換器３１
には振幅・位相検出器３２が接続され、負荷電流の振幅
成分Ｉ　と、負荷電流位相θ１の出力電流指令値令値θ
　に対する偏差（θ１−θ。）を演算する。

また、振幅成分Ｉ　および振幅指令値ｌｄは加算器３４
に加えられ、この加算器３４は（Ｉａ−１ｄ）の演算を
して振幅成分Ｉ　の振幅指令値Ｉｄに対する偏差を変化
率検出器３５に加える。変化率検出器３５は振幅偏差（
１ａ−１ｄ）の時間変化率を演算し、振幅抑制成分とし
て加算器Ｉ７に加える。さらに、位相偏差（θ１−θ。

）は変化率検出器３８に加えられ、ここで時間変化率が
演算されると共に、この時間変化率が位相抑制成分とし
て加算器２１に加えられる。

なお、この実施例のうち、振幅変調回路１Ｂ、加算器１
８、電流検出器１９および電流制御回路２０が本発明の
第１の制御部に対応し、加算器２２、積分器２３および
スイッチング制御回路２４が本発明の第２の制御部に対
応し、また、新たに負荷した加算器１７、加算器２１、
電流検出器２６〜２８．３相２相変換器２９、正弦波発
生器３０、座標変換器３Ｌ振幅・位相検出器３２、加算
器３４、変化率検出器３５および変化率検出器３８が本
発明の指令値補正部に対応している。

上記のように構成された本実施例の動作を、第２図をも
参照して、従来装置と構成を異にする部分を中心にして
以下に説明する。

負荷電流の振幅を１１位相を０１とすると、電流検出器
２６〜２８は次式に示す電流を検出する。

ｉ　　−１５ｉｎ（θｌ） ａ ｉ　　＝Ｉ　　５ｉｎ（θｔ　−π／８）ａ ｉ　　　−夏　　　５ｉｎ（θ１−２　π１３）　　　
　　　　　　・・・（１）ａ そこで、３相２相変換器２９は次式 １式％ の演算を行うことにより、次式で示される値を出力する
。

ｉ　　−１５ｉｎ（θｌ） ａ ｉ　　−１５ｉｎ（θ１−π／２） ａ −−Ｉｃｏｓ（θ１）　　　　　　　・・・（３）正弦
波発生器３０は出力電流位相指令値θ。を入力し、次式
で示される値を出力する。

Ａ−ｓｉｎ（θ０） Ｂ−−ＣＯ８（θ。）　　　　　　　　　・・・（４）
そして、座標変換器３１は次式 ％式％ 回転座標に変換した次 の演算を行うことにより、 式の電流値を出力する。

ｉ　　−１５ｉｎ（θｌ−θ０） ＡＯａ ｉ−−１ｃｏｓ（θｌ−００） ＢＯａ ・・・（６） 振幅・位相検出器３２はこれらの値に基き次式％式％）
） により負荷電流の振幅成分■、を演算する。

振幅・位相検出器３２はさらにこれらの値に基き次式 ％式％） により負荷電流位相θ１の出力電流位相指令値θ。に対
する負荷電流位相成分（θ１−θ。）を演算する。

加算器３４は振幅成分Ｉ、から振幅指令値Ｉｄを減算し
て振幅偏差Ｂ、−Ｉｄ）を出力する。第２図（ｅ）およ
び第４図（ｅ）はこの振幅偏差（１，−Ｉｄ）および上
記負荷電流位相成分（θ１−θ。）の変化を表している
。

いま、第４図中の時刻ｔ１□にて直流電流の指令値Ｉ　
をステップ状に増加させると、第４図（ａ）「 に示すＵ和食荷電流Ｉ　とＵＶ線間電圧Ｖ、ＶはそＵ れぞれ図示したように変動する。このとき、振幅偏差（
Ｉａ−１，）および負荷電流位相成分（θ１−θ。）は
第２図（ｅ）に示すように振動している。

本実施例では振幅偏差（１，−１ｄ）を変化率検出器３
５に加え、その出力を負の極性で加算器１７に加えてい
る。これにより、振幅偏差（１゜！、）が増加している
とき電流指令値１．を減少させ、振幅偏差（Ｉａ−１ｄ
）が減少しているとき電流指令値Ｉ　を減少させるよう
に補正する。

「 すなわち、負荷電流の振幅が指令値に対して増加してい
るときに、直流電源の出力電流が減少するように、また
、負荷電流の振幅が指令値に対して減少しているときに
、直流電源の出力電流が増加するように制御され、これ
によってインバータの出力側に生じる電流と電圧の振動
を抑制することができる。

さらにまた、本実施例では負荷電流位相成分（θ１−θ
０）を変化率検出器３８に加え、その出力を負の極性で
加算器２１に加えている。これにより、負荷電流位相成
分（θ１−θ。）が増加しているとき負荷電流位相θ１
が減少する方向に、逆に、負荷電流位相成分（θ１−θ
。）が減少しているとき負荷電流位相θ１が増加する方
向に出力電流位相指令値θ。を補正する。すなわち、負
荷電流の位相が指令値に対して減少しているときに出力
電流位相が減少するように、また、負荷電流の位相が指
令値に対して減少しているときに、出力電流位相が増加
するようにインバータ７が制御され、これによってイン
バータの出力側に生じる電流と電圧の振動を抑制するこ
とができる。

第２図（ａ）〜（ｅ）は直流電流の振幅制御による振動
抑制と、出力電流の位相制御による振動抑制を同時に行
った場合の第４図に対応する波形図である。すなわち、
（ａ）はインバータ７の出力側のＡ点におけるＵ相出力
電流ｌＵ１負荷１２に供給されるＢ点のＵ和食荷電流Ｉ
ＬＵ’および、Ｂ点と０点との間のＵＶ線間電圧ｖＵ■
の関係を示す図、（ｂ）は電流指令値Ｉ　と電流検出値
１１との関係を示「 す図、（Ｃ）は位相指令値θ。と出力電流位相のフィー
ドバック値θ１との関係を示す図、（ｄ）は位相偏差積
分値θ　の変化を示す図、（ｅ）は後述する負荷電流の
振幅成分Ｉ　の振幅指令値Ｉ、に対する偏差（１，−１
ｄ）、および、後述する負荷電流の位相成分θ　の位相
指令値θ。に対する偏差（θ１−θ。）の変化を示す図
である。

この第２図から明らかなように、時刻ｔ１１にて出力電
流指令値Ｉ　をステップ状に変化させても、Ｕ和食荷電
流■ＬＵおよびＵＶ線間電圧ｖＵｖが殆ど振動しないこ
とが分かる。また、振幅偏差（Ｉａ−■　）、位相偏差
（θ１−θ０）も速やかに零に戻されている。

なお、上記実施例では、直流電流の振幅制御による振動
抑制と、出力電流の位相制御による振動抑制を同時に行
ったが、このうちのいずれか一方のみを行った場合、上
記実施例よりは若干の時間遅れがあるが、インバータの
出力側に生じる電流と電圧の振動を抑制することができ
る。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、この発明によれば
、インバータの出力電圧をコンデンサで平滑してリアク
タンスを有する負荷に供給する電流形インバータにおい
て、コンデンサと負荷のりアクタンスの並列共振による
振動現象を抑制することができる。

この結果、電流と電圧の振動による電気的な損失の増加
を抑えることができ、また、負荷として交流電動機を接
続した場合の、トルクの脈動による振動や騒音の発生を
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を、主回路と併せて
示したブロック図、第２図は同実施例の動作を説明する
ための波形図、第３図は従来の電流形インバータの制御
装置の構成を、主回路と併せて示したブロック図、第４
図は同装置の動作を説明するための波形図である。 ７・・・インバータ、８・・・直流リアクトル、９〜１
１・・・コンデンサ、１３・・・直流電源、１Ｂ・・・
振幅変調回路、１９．２６〜２８・・・電流検出器、２
０・・・電流制御回路、２３・・・積分器、２４・・・
スイッチング制御回路、２９・・・３相２相変換器、３
０・・・正弦波発生器、３１・・・座標変換器、３２・
・・振幅・位相検出器、３５．３８・・・変化率検出器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御可能な直流電源の出力電流を直流リアクトルで
   平滑し、平滑された直流電流をインバータによって交流
   電流に変換すると共に、このインバータの出力電圧をコ
   ンデンサで平滑してリアクタンスを有する負荷に供給す
   る電流形インバータにおいて、前記インバータの出力電
   流の振幅指令値をこのインバータの出力電流の位相指令
   値で振幅変調して前記直流電源の出力電流指令値を求め
   、この出力電流指令値と前記直流電源の出力電流検出値
   とが等しくなるように前記直流電源を制御する第１の制
   御部と、前記インバータの出力電流の位相指令値と位相
   フィードバック値とが等しくなるように前記インバータ
   を制御する第２の制御部と、前記負荷に供給される交流
   電流の振幅または位相を検出し、この振幅の前記振幅指
   令値に対する偏差の変化を抑制するように前記出力電流
   指令値を補正するか、または、前記位相の前記位相指令
   値に対する変化を抑制するように前記振幅指令値を補正
   する指令値補正部とを備えたことを特徴とする電流形イ
   ンバータの制御装置。 ２、制御可能な直流電源の出力電流を直流リアクトルで
   平滑し、平滑された直流電流をインバータによって交流
   電流に変換すると共に、このインバータの出力電圧をコ
   ンデンサで平滑してリアクタンスを有する負荷に供給す
   る電流形インバータにおいて、前記インバータの出力電
   流の振幅指令値をこのインバータの出力電流の位相指令
   値で振幅変調して前記直流電源の出力電流指令値を求め
   、この出力電流指令値と前記直流電源の出力電流検出値
   とが等しくなるように前記直流電源を制御する第１の制
   御部と、前記インバータの出力電流の位相指令値と位相
   フィードバック値とが等しくなるように前記インバータ
   を制御する第２の制御部と、前記負荷に供給される交流
   電流の振幅および位相を検出し、この振幅の前記振幅指
   令値に対する偏差の変化を抑制するように前記出力電流
   指令値を補正し、かつ、前記位相の前記位相指令値に対
   する変化を抑制するように前記振幅指令値を補正する指
   令値補正部とを備えたことを特徴とする電流形インバー
   タの制御装置。