JPH0634587B2 - 電圧形インバータ装置 - Google Patents

電圧形インバータ装置

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JPH0634587B2
JPH0634587B2 JP57075835A JP7583582A JPH0634587B2 JP H0634587 B2 JPH0634587 B2 JP H0634587B2 JP 57075835 A JP57075835 A JP 57075835A JP 7583582 A JP7583582 A JP 7583582A JP H0634587 B2 JPH0634587 B2 JP H0634587B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はインバータ装置に係り、特に、制御回路の簡単
化、特性および信頼性の向上を図った電圧形インバータ
装置に関する。
[従来技術] 一般に電圧形インバータの出力電圧波形は、特殊な場合
を除き、正弦波が望ましい。正弦波を得るために、従来
から種々の波形変換手段が提案されている。その一つ
に、パルス幅変調制御によって正弦波変調された波形を
出力するインバータがある。
第1A図は、このようなインバータの主回路スイッチン
をオン・オフするタイミング信号を得るための制御信号
を示す。正弦波の電圧基準信号Sと三角波の搬送波信号
Tとを比較し、第1B図に示したような主回路スイッチ
の正側スイッチをオンさせるタイミング信号と、第1C
図に示したような主回路スイッチの負側スイッチをオン
させるタイミング信号とを得る。これ等の信号を用い
て、主回路スイッチをオン・オフ制御することにより、
第1D図に示したようなパルス幅変調された出力電圧が
得られる。この変調波電圧を平均的にみた電圧は、図示
点線で示す正弦波となる。このようにして、インバータ
出力として、上記基準信号Sに応じた正弦波電圧が得ら
れる。
[従来技術の問題点] 従来の正弦波変調方式では、前述したように、正弦波電
圧基準信号と搬送三角波信号を比較するものが一般的に
用いられている。しかし、このような方式では、正弦波
電圧基準信号は単位正弦波に電圧指令値に応じた値を乗
じることにより得られるので、乗算回路を必要とする。
また、搬送三角波の周波数を一定にした場合、出力周波
数の増加につれて、(搬送周波数)/(出力周波数)の
比が小さくなる。その結果、出力周波数にうなり周波数
の影響が大きく現われる。これを抑制するため、出力周
波数と搬送周波数との間で同期をとる必要がある。さら
に、広い範囲にわたる周波数制御の場合は、出力周波数
と搬送周波数との間で同期をとる必要がある。これ等の
理由により、正弦波電圧基準信号と搬送三角波信号とを
比較する従来の正弦波変調方式のインバータでは、制御
回路の構成が非常に複雑になる欠点がある。また、主回
路スイッチをオン・オフさせるタイミング信号を得るた
めにアナログ回路を用いているので、雑音などの影響を
受け易く、高性能および高信頼性のインバータを作成す
るのが困難であった。
[発明の目的] 本発明は、上記した欠点および困難性を解消および軽減
するためになされたものであり、簡単な制御回路の構成
を有し、性能および信頼性の向上を図った電圧形インバ
ータ装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] 本発明は、主回路スイッチング素子をオン・オフ制御し
て、直流電圧を電圧と周波数の比が一定である多相の交
流電圧に変換する電圧形インバータ装置において、出力
したい交流電圧の各相の電圧波形を共通の一定幅で等し
く分割された複数の電気角区間に対応するアドレス信号
を、交流電圧の設定出力周波数に応じた速度で形成する
アドレス信号発生手段と、前記の各電気角区間における
2相以上である電圧波形の各相に対する電圧時間積値の
変化分を比例した値を、前記アドレス信号によって指定
される同一アドレス位置に複数ビットで記憶している波
形データ記憶手段と、この波形データ記憶手段に記憶さ
れた各相のデータを交流電圧の電気角の進行に応じて前
記アドレス信号によって順次読出す読出し手段と、クロ
ック信号を出力するクロック発生手段と、このクロック
信号を計数して、時間を積算する積算手段と、この積算
手段の出力と、前記の読出された各相の波形データとを
比較することに基づいて、前記主回路スイッチング素子
をオン・オフ制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する電圧形インバータ装置を構成している。
[発明の実施例] 以下、本発明に係る電圧形インバータ装置の第一実施例
を図面に基づいて説明する。本発明は電圧時間積比較制
御を基本原理としているので、まず電圧時間積比較制御
について説明する。
交流電圧の実効値がV0、周波数がf0である正弦波高
電圧の瞬時値をe0とすれば となる。e0の電気角θ1(t=o)から電気角 の電圧時間積値Sを求めると、 となる。ここでV0とf0との関係を一定の比率Kに保
つと、すなわち、電圧対周波数の比(以下V/f比と称
する)が一定の正弦波交流電圧の場合には、電圧時間積
値Sは、 となる。(3)式からわかるように、電圧時間積値Sは
電圧や周波数に無関係に電気角θのみの関数で表わすこ
とができる。
第2A図は、V/fの比が一定の場合において、高い電
圧VHおよび高い周波数fHを有した波形の1サイクル
を示したものである。第2B図は、同様のV/f条件に
おいて、低い電圧VLおよび低い周波数fLを有した波
形の1サイクルを示したものである。(3)式は、第2
Aおよび第2B図において任意の同一電気角θの期間の
電圧時間積値である斜線部分の面積SHとSLとが等し
いことを意味している。
したがって、一定の直流電圧から主回路スイッチを適宜
オン・オフしてV/f比が一定の正弦波交流出力電圧を
得る場合、出力周波数の電気角θに応じて所定の電圧時
間積値が得られるように主回路スイッチをオン・オフ制
御すれば所望の交流出力電圧波形を得ることができる。
以上の原理を土台にして、以下の説明を行う。第3Aお
よび3B図は、本発明の第一実施例である三相電圧形イ
ンバータの構成を示した概略ブロック図である。
周波数設定器10は交流出力電圧の周波数を設定するも
のであり、交流出力電圧の周波数に比例した直流電圧を
出力する。加減速制限回路12は、周波数設定器10に
接続され、交流出力電圧の周波数の上昇または下降の時
限を設定し、負荷の加速および減速の割合を制限するも
のである。詳しく述べると、加減速制限回路12の出力
は、直流電圧であり、周波数設定器10の設定出力電圧
に対して、設定した時限で変化し、最終的に上記設定出
力電圧に比例した電圧値となる。電圧−周波数変換器
(以下V/F変換器と称する)14は、加減速制限回路
12に接続され、加減速制限回路12の直流出力電圧に
比例した周波数のパルスを出力し、最終的には周波数設
定器10によって設定された周波数に比例した周波数の
パルスを出力するものである。アドレス指定用カウンタ
16はV/F変換器14に接続され、V/F変換器14
からの出力パルスを計算する。アドレス指定用カウンタ
16はバイナリーカウンタで構成される。NANDゲー
ト18は、アドレス指定用カウンタ16に接続され、出
力交流電圧の電気角60゜と次の電気角60゜との境界
を決定するもので、アドレス指定用カウンタ16が8パ
ルス計数するごとに、8パルス目の立上りで“L”レベ
ルから“H”レベルに変化する信号を出力する。6進リ
ングカウンタ20はNANDゲート18に接続され、N
ANDゲート18の立上りパルスを計数する。リードオ
ンリーメモリー(以下ROMと称する)22は、アドレ
ス指定用カウンタ16に接続され、このカウンタ16の
計数値によってアドレスが指定され、そのアドレスのデ
ータが読み出される。比較器24は、ROM22の上位
4ビット出力端子に接続され、比較入力A1が供給され
ている。比較器26は、ROM22の下位4ビット出力
端子に接続され、比較入力A2が供給されている。時間
積算用カウンタ28は発振器30に接続され、発振器3
0から出力される一定周期のパルスを計数し、時間を積
算する。時間積算用カウンタ28は、バイナリカウンタ
で構成される。ワンショット回路32は、V/F変換器
14に接続され、アドレス指定用カウンタ16へ送出さ
れる立上り信号に同期してワンショット信号を出力し、
時間積算用カウンタ28をクリアして、発振器30から
の発振パルスの計数にそなえる。すなわち、時間積算用
カウンタ28は、ROM22の1アドレスごとの時間積
算を行なう。時間積算用カウンタ28は、比較器24,
26に接続され、これ等の比較器24,26に比較入力
B1およびB2を供給している。比較器24,26は、
比較入力A1とB1およびA2とB2との大小比較を行
なう。比較器24,26は、(ROM22の出力値)
(時間積算用カウンタ28の積算値)すなわち(比較入
力Aの値)(比較入力Bの値)であれば比較出力端子
(AB)から“H”レベル、比較出力端子(A<B)
から“L”レベルの信号を出力する。一方、(ROM2
2の出力値)<(時間積算用カウンタ28の積算値)す
なわち(比較入力Aの値)<(比較入力Bの値)であれ
ば、比較器24,26は比較出力端子(AB)から
“L”レベル、比較出力端子(A<B)から“H”レベ
ルの信号を出力する。ANDゲート34は、比較器2
4,26に接続され、比較器24,26の比較出力端子
(A<B)から共に“H”レベルの信号が出力されてい
ることを検出し、この検出信号で時間積算用カウンタ2
8の計数停止を行ない、計数アップを防止する。これに
より時間積算用カウンタ28は零から再び計数を始める
ことを防いでいる。分配回路36は、6進リングカウン
タ20と比較器24,26とに接続され、6進リングカ
ウンタ20から電気角60゜ごとにシフトする出力信号
および比較回路24,26から比較出力信号を入力し、
これ等の信号を組分せて分配信号を得る。第4図は、分
配回路36の回路構成図である。図示したように分配回
路36は、6進リングカウンタ20からの出力Q1〜Q
6と比較回路24,26からの比較出力信号とを入力す
るANDゲート361〜3612と;これ等のANDゲー
ト361〜3612からの出力と6進リングカウンタ20
からの出力Q2,Q4,Q6とを入力し分配信号を出力
するORゲート3613〜3614,3615と;これ等の分
配信号を反転するインバータゲート3616,3617,3
618とよりなる。ベース駆動回路381〜386は分配
回路36に接続され、これ等の駆動回路381〜386
に接続されたトランジスタT1〜T6を所定の条件でス
イッチングする。トランジスタT1〜T6は第3B図に
示したようにブリッジ接続され、主回路スイッチ40を
構成する。トラジスタT1〜T6のコレクタ・エミッタ
間に並列にダイオードD1〜D6が接続されている。直
流電圧線42が主回路スイッチ40に接続され直流電圧
EDを供給する。主回路スイッチ40は、この直流電圧
をパルス幅変調して、誘導電動機44に正弦波三相交流
電圧を供給する。
トランジスタT1〜T6は表1に示したような関係でオ
ン・オフ制御される。
第5A図は、表1の区間A〜Fを図で示したものであ
り、第5B〜第5G図は、この区間における6進リング
カウンタ20の出力Q1〜Q6のタイミングチャートで
ある。また、第5H〜第5M図は、第5B〜第5G図に
示したタイミングでベース駆動回路381〜386へ入
力される信号を示したものであり、表1に示した内容と
対応している。
第6図は、表1の一部をグラフで示したものである。表
1において、A〜Fは、出力周波数を電気角60゜ごと
に区切った制御期間である。“ON”はトランジスタを
導通状態に固定しておくことを意味し、“OFF”はト
ランジスタを非導通状態に固定することを示す。また、
S1(θ)は電気時間積値 を示し、 はS1(θ)の反転値を示す。S2(θ)は電圧時間積
値 dθを示し、 はS2(θ)の反転値を示す。
たとえば、区間Aについて、トランジスタT1〜T6の
オン・オフ制御を説明する。トランジスタT4はONで
直流電源42の負側に接続されている。トランジスタT
3はOFF状態である。トランジスタT1は電気角θに
対して電圧時間積値S1(θ)に等しくなるようにオン
・オフ制御される。これにより、第3B図のU−V間の
端子電圧Vu−vが になる。トランジスタT2は、S1(θ)に等しくなる
ように制御される。トランジスタT5は、電気角θに関
して、電圧時間積値S2(θ)に等しくなるようにオン
・オフ制御される。これによりW−V間の端子電圧Vw
−vが になる。したがってV−W間の端子電圧Vv−wは になる。トランジスタT6は、 に等しくなるように制御される。したがって、W−U間
の端子電圧Vw−uは となる。区間B〜Fについても同様のことが言える。そ
の結果を表2に示す。
第7図は、表2に基づいて描いたグラフである。第7図
からインバータ出力端子に周波数に比例した電圧値をも
つ正弦波交流電圧が得られることがわかる。
前述したS1(θ)およびS2(θ)に関係したデータ
はROM22に記憶されている。ROM22は少なくと
も8ビットで構成されている。以下、8ビットの例で説
明する。ROM22の出力ビットは、上位4ビットと下
位4ビットに分け、上位4ビットにS1(θ)に関係し
たデータを、下位4ビットにS2(θ)に関係したデー
タを記憶する。記憶するデータはS1(θ),S
2(θ)そのもではなく第8Aおよび第B図に示したよ
うに、電気角60゜の区間を所定の数(本実施例では
8)で等分割し、角分割区間内での電気時間関値に比例
した値をデータとして使用する。第8Aおよび第8B図
において、8等分された各区間のS1(θ)およびS2
(θ)の値の変化分が斜線で示されている。この変化分
に比例した値をデータとして使用する。表3は,電気角
60゜を8等分した場合の実際のデータを示し、ROM
22のアドレス0〜7には16進数1桁が記憶される。
第3Aおよび3B図に示した構成の第一実施例の動作を
第9Aないし9R図に基づいて説明する。なお、第9A
〜9R図に示したタイムチャートは区間Aの部分に関す
るものである。第9A図は区間Aの電気角60゜を8等
分した図である。周波数設定器10で出力電圧の周波数
を設定すると、信号が加減速制御回路12を介してV/
F変換器14に送出される。そうしてV/F変換器14
から第9B図に示したようなパルスが出力される。アド
レス指定用カウンタ16は、このパルスを計数して第9
C図に示したように計数値を出力する。この計数値は、
ROM22の各アドレスを指定する。ROM22の各ア
ドレスが指定されると、比較器24に第9D図に示した
データが送出され、比較器26に第9E図に示したデー
タが送出される。一方、発振器30から第9F図に示し
たようなクロックパルスが出力されている。このクロッ
クパルスは、時間積算用カウンタ28で計数され、第9
G図に示した計数値を出力する。時間積算用カウンタ2
8は、計数値がROM22からの上位4ビット又は下位
4ビットの出力データの大きい方の値を越えた時、AN
Dゲート34の出力信号によって計数を停止する。ワン
ショット回路32は、V/F変換器14からの立上り信
号に同期して第9H図に示したパルスを出力し、時間積
算用カウンタ28をリセットする。比較器24および2
6はROM22および時間積算用カウンタ28からのデ
ータを比較し、第9Gないし9L図に示したようなパル
ス信号を出力する。分配回路36は、比較器24,26
からの比較信号と6進リングカウンタ20からのシフト
信号に基づき、第9Mないし9R図に示したようなトラ
ンジスタベース制御信号、SG1〜SG6をベース駆動
回路381〜386へ送出する。トランジスタベース制
御信号SG1〜SG6はベース駆動回路381〜386
で増幅された後、対応したトランジスタT1〜T6に供
給される。第10Aないし10F図は、ベース駆動回路
381〜386から送出されるトランジスタベース駆動
信号DSG1〜DSG6を電気角0゜〜360゜に関し
て示したものである。その結果、相間に第11Aないし
11C図に示したような、相間出力電圧波形が得られ
る。
[発明の変形例] 第12図は、本発明の第二実施例の構成を概略的に示し
たブロック図である。第3AおよびBB図に示した第一
実施例と同一個所には同一符号を付してある。第二実施
例は電気角60゜を16等分し、アドレス指定用カウン
タ52のキャリーアウト信号Cにより、6進リングカウ
ンタ20の内容をシフトさせるものである。
第13図は、本発明の第三実施例の構成を概略的に示し
たブロック図である。第3Aおよび3B図に示した第一
実施例と同一箇所には同一符号を付してある。第三実施
例は、電気角60゜を4等分し、アドレス指定用カウン
タ52が4パルス計数するごとに、NANDゲート54
により検出し、“L”レベルから“H”レベルに変化す
る信号を出力し、この信号により6進リングカウンタ2
0の内容をシフトさせるものである。
なお、本発明は前期した第一ないし第三実施例に限定さ
れるものではない。たとえば、第一ないし第三実施例で
は、電気角60゜を8,16および4等分した例を示し
たが、任意に等分割してもよい。この場合は、その分割
数を計数するとリセットするようにアドレス指定用カウ
ンタを設計する必要がある。また、上記実施例の2つ以
上を組合せて、特定の出力周波数を境いに分割数を変更
するようにしてもよい。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施で
きることは勿論である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば電圧形インバータ
装置の制御回路の構成を単純化できる。制御回路は全て
デジタル回路で構成されているので、従来のアナログ回
路を含んだ制御回路と比べて、性能および信頼性が向上
する。また、試験調整が容易になり、低コストが実現で
きる。また、共通の信号で2つの関数波形の読み出し、
比較おびカウンタのリセットなどが行なわれるので、出
力電圧波形間の完全な同期がとれる。これにより、出力
波形にビートを生ずるという問題が解消される。また、
回路が単純であるので専用IC化も容易であり、マイク
ロコンピュータによるソフト化も容易にできる。
特に、波形データを記憶する波形データ記憶手段、例え
ばROMの各アドレスの複数の記憶ビットを多相交流の
相数に合せて分割し、分割された各複数ビット群に各相
の波形データの変化分を記憶させるようにしたので、一
度のアドレス指定で複数相のデータを同時に読み出すこ
とができ、少ないビット数で多相の波形データを記憶で
き、読み出しも短時間で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1A〜第1D図は、従来の電圧形インバータの動作を
説明するための図、第2Aおよび第2B図は、電圧時間
積比較制御の基本原理を説明するための図、第3Aおよ
び第3B図は、本発明の第一実施例の概略構成ブロック
図、第4図は、第3A図に示した分配回路の回路図、第
5A〜第5M図は、第4図の分配回路の分配動作を説明
するための図、第6図は、第3B図に示したトランジス
タT1〜T6のオン・オフ制御を説明するための図、第
7図は、第3B図に示したインバータ出力端子から出力
される電圧波形図、第8Aおよび第8B図は、第3A図
に示したROMに記憶されるデータを説明するための
図、第9A〜第9R図、第10A〜第10F図および第
11A〜第11C図は、第3Aおよび第3B図に示した
実施例の動作を説明するためのタイムチャートおよび波
形図、第12図は本発明の第二実施例の概略構成ブロッ
ク図、第13図は本発明の第三実施例の概略構成ブロッ
ク図である。 14……電圧−周波数変換器、16……アドレス指定用
カウンタ、18……NANDゲート、20……6進リン
グカウンタ、22……リードオンリーメモリ、24,2
6……比較器、28……時間積算用カウンタ、361〜
3612……ANDゲート、3613〜3615……ORゲー
ト、3616〜3618……インバータゲート、381〜3
86……ベース駆動回路、40……主回路スイッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主回路スイッチング素子をオン・オフ制御
    して、直流電圧を電圧と周波数の比が一定である多相の
    交流電圧に変換する電圧形インバータ装置において、 出力したい交流電圧の各相の電圧波形を共通の一定幅で
    等しく分割された複数の電気角区間に対応するアドレス
    信号を、交流電圧の設定出力周波数に応じた速度で形成
    するアドレス信号発生手段と、 前記の各電気角区間における2相以上である電圧波形の
    各相に対する電圧時間積値の変化分に比例した値を、前
    記アドレス信号によって指定される同一アドレス位置に
    複数ビットで記憶している波形データ記憶手段と、 この波形データ記憶手段に記憶された各相のデータを交
    流電圧の電気角の進行に応じて前記アドレス信号によっ
    て順次読出す読出し手段と、 クロック信号を出力するクロック発生手段と、 このクロック信号を計数して、時間を積算する積算手段
    と、 この積算手段の出力と、前記の読出された各相の波形デ
    ータとを比較することに基づいて、前記主回路スイッチ
    ング素子をオン・オフ制御する制御手段とを備えたこと
    を特徴とする電圧形インバータ装置。
JP57075835A 1982-05-06 1982-05-06 電圧形インバータ装置 Expired - Lifetime JPH0634587B2 (ja)

Priority Applications (2)

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JP57075835A JPH0634587B2 (ja) 1982-05-06 1982-05-06 電圧形インバータ装置
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