JPH05103494A - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JPH05103494A
JPH05103494A JP3256175A JP25617591A JPH05103494A JP H05103494 A JPH05103494 A JP H05103494A JP 3256175 A JP3256175 A JP 3256175A JP 25617591 A JP25617591 A JP 25617591A JP H05103494 A JPH05103494 A JP H05103494A
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JP
Japan
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voltage
inverter
frequency
power supply
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP3256175A
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English (en)
Inventor
Taki Horiguchi
多起 堀口
Hiroshi Mochikawa
宏 餅川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 コンデンサの容量を増加させることなく、ど
のような状態においてもビート現象を抑制できるインバ
ータ装置を提供する。 【構成】 交流電源1を全波整流器2にて整流し、コン
デンサ3によって平滑したものを直流電圧源として、ス
イッチング素子から成るインバータ主回路4により任意
の周波数を有する交流電源に変換する出力電圧基準を基
にパルス幅変調制御を行うインバータ装置において、上
記平滑コンデンサ3に印加される上記インバータ主回路
4の直流リンク部電圧を検出する直流電圧検出手段20
と、この直流電圧検出手段20により検出された直流電
圧を用いて演算することにより、この演算結果に応じて
上記出力電圧基準の補正を行うか、或いは前記直流電圧
を運転周波数に乗算することにより周波数の補正を行う
補正手段と、この補正手段により補正された出力電圧基
準及び位相基準を基にインバータ出力をパルス幅変調制
御する制御手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電源を入力側に持
ち、パルス幅変調制御により交流電動機を駆動制御する
インバータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は三相交流電源を入力側に持つ場合
の交流電動機を駆動するPWM(パルス幅変調)制御イ
ンバータにおける従来の構成を示す。図中、1は三相交
流電流、2はコンバータ、3は直流平滑コンデンサ、4
はPWMインバータ、5は交流電動機、6はV/F演算
器、7は積分器、8はPWM制御回路、9はベース駆動
回路である。また、10はリアクトルと抵抗より成るイ
ンバータ入力側の電源インピーダンスである。
【0003】コンバータ2は6個のダイオードから成
り、入力される三相交流を全波整流して直流に変換す
る。直流平滑コンデンサ3は前記全波整流された波形を
平滑化してPWMインバータ4の直流電圧源とする。P
WMインバータ4は、電動機駆動周波数fdを指令値と
して、V/F演算器6により得られる出力電圧基準V*
及び積分器7により得られる位相基準θ* をもとに、P
WM制御回路8においてPWM制御パターンを決定し、
そのPWM制御パターンに従ってベース駆動回路9によ
りベース信号が作られ、トランジスタがスイッチング制
御されて交流電動機を駆動する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述における
構成により交流電動機等を駆動した場合、インバータの
出力電流にビート現象が発生する場合があるという問題
が生じる。これはインバータに入力される電源が原因と
なって、平滑コンデンサの両端に印加されるインバータ
主回路の直流リンク部電圧が変動することにより生じる
ものと考えられる。
【0005】直流リンク部電圧が変動しインバータ出力
電流にビート現象が発生することで、PWMインバータ
のスイッチング素子に流れる電流は増大する。よって、
インバータのスイッチング素子を保護するためには、交
流電動機に供給する実効電流を減少させる必要があり、
これはPWMインバータの出力容量低下を招く。
【0006】ここで直流リンク部電圧は、6個のダイオ
ードからなるコンバータにより三相交流電流が全波整流
され、さらにコンデンサにより平滑化されたものである
が、一般に商用電源は負荷が非対称であることが多く、
完全な対称三相電源が得られることはほとんどない。す
なわち、PWM制御インバータに入力される電源は非対
称三相電源となり、全波整流波形は図7に示すようにな
り、コンデンサにより平滑化された直流リンク部電圧
は、電源周波数fsの2倍の周期2fsで変動すること
になる。
【0007】直流リンク部電圧の変動に伴いPWMイン
バータの出力電流にも変動が現れることになる。またイ
ンバータの出力電流は電動機駆動周波数fdで決まるた
め電源周波数fsとの同期関係は存在しない。よってイ
ンバータの出力電流は電動機駆動周波数と直流リンク部
電圧の変動周波数との差(fd〜2fs)で決まる周波
数で振動することになる。この振動波が出力電流波形に
に合成されることで、ビート現象が発生し、交流電動機
5が発生するトルクにも脈動が生じるのである。図8は
図6に示した従来のPWM制御インバータにおける計算
機シミュレーション結果を示すものである。
【0008】グラフは上から順に、インバータ出力電流
(相電流)I、直流リンク部電圧V及びトルク波形Tを
示す。シミュレーションの条件としては、電圧周波数:
fs=50Hz、電動機駆動周波数:fd=120H
z、基底周波数:fb=135Hz、キャリア周波数:
fc=1500Hzである。シミュレーション波形から
明らかなように、直流リンク部電圧は電源周波数fsの
2倍の100Hzで振動し、相電流はビート現象が発生
していることがわかる。ビートの周波数は約20Hzで
あり、これは前述した電動機駆動周波数fdと直流リン
ク部電圧の変動周波数2fsとの差で決まる周波数fd
−2fs=120−100=20Hzである。また、ビ
ート現象によりトルク波形も大きく脈動していることが
わかる。
【0009】ところで、ビート現象は直流リンク部電圧
の変動の大きさに比例して発生しやすくなる。また、直
流リンク部電圧の変動の大きさは、入力電源電圧の非対
称率のみならず、入力側のトランスの漏れインダクタン
ス値や平滑コンデンサの容量、或いは負荷の状態等によ
って変化する。従って同じ電源で駆動した場合でも、種
々の条件により電源ビートが発生する場合と発生しない
場合とが起こり得るため、結局、電源の非対称性が僅か
であっても直流リンク部電圧の変動の大きさが大きくな
り、ビート現象が発生する可能性もあると言える。
【0010】上述のことからコンデンサ容量を増大させ
ると直流電圧の変動の大きさが小さくなるため、ビート
現象は緩和できると考えられるが、コンデンサ容量の増
大はコンデンサ寸法重量の増大を伴うという欠点がある
ため、ビート現象防止法としてあまり適切であるとはい
い難い。そこで、本発明の目的は、コンデンサの容量を
増加させることなく、どのような状態においてもビート
現象を抑制できるインバータ装置を提供するにある。 [発明の構成]
【0011】
【課題を解決するための手段】従って、上記目的を達成
するために、本発明は、交流電源を全波整流器にて整流
し、コンデンサによって平滑したものを直流電圧源とし
て、スイッチング素子から成るインバータ主回路により
任意の周波数を有する交流電源に変換する出力電圧基準
を基にパルス幅変調制御を行うインバータ装置におい
て、上記平滑コンデンサに印加される上記インバータ主
回路の直流リンク部電圧を検出する直流電圧検出手段
と、この直流電圧検出手段により検出された直流電圧を
用いて演算することにより、この演算結果に応じて上記
出力電圧基準の補正を行うか、或いは前記直流電圧を運
転周波数に乗算することにより周波数の補正を行う補正
手段と、この補正手段により補正された出力電圧基準及
び位相基準を基にインバータ出力をパルス幅変調制御す
る制御手段とを備えたインバータ装置を提供する。
【0012】
【作用】本発明においては、以上の構成により、電圧検
出手段により直流リンク部電圧が検出され、補正手段に
より検出された直流リンク部電圧に反比例するように出
力電圧基準を補正するか、或いは直流リンク部電圧に比
例するように周波数を補正することにより、インバータ
出力電圧或いは電動機磁束に現れる直流リンク部電圧の
変動の影響を打ち消すことができるため、出力電流や電
動機トルクに発生する脈動を防止することが可能とな
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の第1実施例を図面により説明
する。
【0014】図1は本発明が適用されるPWM制御イン
バータ装置における構成を示す。図中、1は三相交流電
源、2はコンバータ、3は直流平滑コンデンサ、4はP
WMインバータ、5は交流電動機、6はV/F演算器、
7は積分器、8はPWM制御回路、9はベース駆動回
路、20は直流電圧検出手段、21は割算器である。ま
た、10はリアクトルと抵抗より成るインバータ入力側
の電源インピーダンス、11は電動機駆動周波数、12
はPWM出力電圧基準、13は位相基準、14は直流リ
ンク部電流である。
【0015】三相交流電源1は6個のダイオードから構
成されるコンバータ2で全波整流され、直流電圧検出手
段20は平滑コンデンサ3に印加された直流リンク部電
圧を検出する。
【0016】割算器21は、PWM出力電圧基準を決定
する際に用いられる変調率を直流リンク部電圧検出値で
除算する。すなわち電動機駆動周波数fd及び基底周波
数fbによって定まる初期変調率:ml* 、直流電圧基
準値(電源電圧実効値):21/2 ・Vs、直流リンク部
電圧検出値:Vを用いて補正変調率:mlC は次の式
(1)により計算される。 mlC =ml* ×21/2 ・Vs/V ……(1)
【0017】上式に従い補正した変調率を用い、V/F
演算器6によりPWM出力電圧基準V* が得られること
で、直流リンク部電圧が基準電圧(電源電圧実効値)よ
り大きくなった場合には変調率が下がるためインバータ
出力電圧を下げる方向に、逆に直流リンク部電圧が小さ
くなった場合には変調率が上がるためインバータ出力電
圧を上げる方向に作用するため、結果としてはビート現
象を抑制することができるのである。
【0018】ここでV/F演算器6は周波数に相応する
電圧が出力されるものであり、周波数が増大するとそれ
に従い出力電圧も比例的に増大する。ただし、低周波数
領域においては比例的に出力電圧が小さくなるとトルク
か十分に発生しないため、例えば図2の実線で示すよう
に、かさ上げ分を付加する。また、基底周波数より大き
な周波数に対しては、電圧が緩和状態となり一定電圧し
か出力されない。従って、変調率を変更しPWM出力電
圧基準を補正してもそれが反映されなくなる。結果本実
施例における制御は基底周波数より小さな周波数領域に
おいてのみ適応できるものとする。
【0019】上述のようにしてPWM出力電圧基準が決
定されるが、他方位相基準θ* は電動機駆動周波数指令
値fdを積分器7で積分することにより定まる。そして
出力電圧基準V* 及び位相基準θ* に応じてPWM制御
回路8により、あらかじめリードオンリーメモリー(R
OM)等に記憶されたPWM制御パターンが読みださ
れ、そのPWM制御パターンに従い、ベース駆動回路9
でベース信号が作られてPWMインバータ4のトランジ
スタがスイッチング制御され交流電動機5を駆動する。
【0020】図3は、第1実施例の構成におけるシミュ
レーション結果を示すものである。グラフは上から順
に、インバータ出力電流(相電流)I、直流リンク部電
圧V及びトルク波形Tを示す。シミュレーション条件は
従来例における図8の場合と同様であり、電源周波数:
fs=50Hz、電動機駆動周波数:fd=120H
z、基底周波数:fb=135Hz、キャリア周波数:
fc=1500Hzである。図3と図8とを比較する
と、第1実施例の構成においては、相電流に現れるビー
ト現象が緩和されトルク波形の脈動も大幅に低減されて
いることがわかる。次に、本発明の第2実施例について
図4を用いて説明する。
【0021】上記第1実施例において直流電圧検出値を
用いて変調率を除算することによりPWM出力電圧基準
を補正していたのに対し、本実施例は同じ直流電圧検出
値を用いて、電動機駆動周波数を乗算することにより周
波数を補正するものである。すなわち、上記第1実施例
において直流電圧に反比例するようにPWM出力電圧基
準の補正を行っていたことに対し、第2実施例において
は直流電圧に比例するように周波数を補正するものであ
る。これらは直流電圧の変動に対して、補正の対称が違
うだけであり結果的には同じ効果が得られるものであ
る。また、本実施例においては周波数を制御するため、
上記第1実施例で述べたような電圧緩和点においても補
正したことが反映される。さらに本発明の第3実施例を
図5に示す。
【0022】本実施例は、上記第1及び第2実施例にお
ける補正方法を両方併せ持つものであり周波数に応じて
補正方法を切換えるものである。すなわち図2に示した
V/Fパターンにおける電圧緩和点(基底周波数)より
小さい場合にはPWM出力電圧基準を補正する第1実施
例の方法を、それより大きい場合には周波数を補正する
第2実施例の方法を採用するものとする。これにより両
方の欠点を補い合うことが可能となる。また、以上述べ
た第1から第3実施例をマイコン等のソフトウエアにて
実施しても良いのは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
ンデンサ容量を増大することなく、直流リンク部電圧検
出値を用いてPWM波形形成における変調率を変更しP
WM制御電圧指令を補正するか、あるいは周波数を補正
することにより、インバータ出力或いは電動機磁束に直
流リンク部電圧の変動の影響が現れないようにすること
ができ、インバータの出力電流の変動が緩和できるた
め、ビート現象を防止することができる。さらにビート
現象によるスイッチング素子保護のためのインバータ出
力容量の低下も防止することができるという優れた効果
を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す概略構成図。
【図2】本発明の第1実施例におけるV/Fパターンを
示す図。
【図3】本発明の第1実施例における計算機シミュレー
ション結果を示す図。
【図4】本発明の第2実施例を示す概略構成図。
【図5】本発明の第3実施例を示す概要構成図。
【図6】従来のインバータ装置を示す概略構成図。
【図7】従来例における非対称三相交流電源を6個のダ
イオードからなるコンバータで全波整流した波形を示す
図。
【図8】従来例における計算機シミュレーション結果を
示す図。
【符号の説明】
1…三相交流電源、 2…コンバータ、 3…直流
平滑コンデンサ、4…PWMインバータ、 8…PW
M制御回路、20…直流電圧検出手段、 21…割算
器、 22…乗算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を全波整流器にて整流し、コン
    デンサによって平滑したものを直流電圧源として、スイ
    ッチング素子から成るインバータ主回路により任意の周
    波数を有する交流電源に変換するよう出力電圧基準を基
    にパルス幅変調制御を行うインバータ装置において、前
    記コンデンサに印加される前記インバータ主回路の直流
    リンク部電圧を検出する直流電圧検出手段と、この直流
    電圧検出手段により検出された直流電圧を用いて演算す
    ることによりこの演算結果に応じて、前記出力電圧基準
    の補正を行うか、或いは前記直流電圧を運転周波数に乗
    算することにより周波数の補正を行う補正手段と、この
    補正手段により補正された出力電圧基準及び位相基準を
    基にインバータ出力をパルス幅変調制御する制御手段と
    を具備したことを特徴とするインバータ装置。
JP3256175A 1991-10-03 1991-10-03 インバータ装置 Pending JPH05103494A (ja)

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