JPH0947039A

JPH0947039A - インバータのデッドタイム補償方法

Info

Publication number: JPH0947039A
Application number: JP7193338A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yuasa; 裕明湯浅; Yukihiko Okamura; 幸彦岡村; Tomoaki Izumimoto; 智昭泉本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: JP3206866B2

Abstract

(57)【要約】【課題】確実にデッドタイム補償が行なえるインバータ
のデッドタイム補償方法を提供するにある。【解決手段】零電流検出幅演算器１１は一次電流ピーク
値演算器７から出力された一次電流のピーク値と、周波
数設定器１０から出力される設定周波数と、記憶器９か
ら出力される配線長とあらかじめ設定されている基準周
波数と基準配線長と上下限値から基に零電流検出幅を求
め、この零電流検出幅によりデッドタイム補償を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機のコイ
ルに流れる電流を検出し、電流の極性に応じて指令電圧
を補正するインバータのデッドタイム補償方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にインバータのデッドタイム補償方
法では、誘導電動機のコイル電流を検出し、その電流
が、正電流、零電流、負電流のいずれかを判断し、指令
電圧を補正するようにしてある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来方法では、
零電流検出幅が一定であるので、インバータが高容量で
誘導電動機が小容量の場合、一次電流が全て零電流検出
幅の中に入ってしまいデッドタイム補償ができなくなる
という問題があった。また、零電流電流を検出する回路
で、ノイズ対策のために、コンデンサと抵抗を用いたＣ
Ｒのフィルタ回路を通して検出していた。このため、検
出電流が高調波で、実際の電流よりも遅れて検出され
る。そのために、間違ったデッドタイム補償をするとい
う問題があった。

【０００４】また、インバータと誘導電動機を接続する
配線が長くなると漏れ電流等よりインバータに流れる電
流が乱れて、デッドタイム補償ができないという問題が
あった。本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、
確実にデッドタイム補償が行なえるインバータのデッド
タイム補償方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、誘導電動機のコイルに流れ
る電流を検出し、電流の極性に応じて指令電圧を補正す
る際、零を中心として所定値の幅を持たせた零電流検出
幅に検出電流が所定時間存在するとき、零電流であると
検知し、その零電流を用いて指令電圧の補正を行うデッ
ドタイム補償方法において、零電流検出幅を調整するこ
とを特徴とし、インバータが高容量で誘導電動機がリ小
容量の場合、一次電流が全て零電流検出電流幅の中に入
ってしまうことなくデッドタイム補償ができる。

【０００６】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、零電流検出幅の調整は、一次電流のピーク値で調
整することを特徴とする。請求項３の発明では、請求項
１の発明において、零電流検出幅の調整は、設定周波数
で調整することを特徴とし、検出電流が高調波で、実際
の電流よりも遅れて検出されても、デッドタイム補償が
できる。

【０００７】請求項４の発明では、請求項１の発明にお
いて、零電流検出幅の調整は、インバータと誘導電動機
を接続する配線長で調整することを特徴とし、インバー
タと誘導電動機を接続する配線が長くなることによる電
流が乱れがおきてもデッドタイム補償ができる。請求項
５の発明では、請求項１の発明において、零電流倹出幅
の調整は、一次電流のピーク値と、設定周波数と、イン
バータと誘導電動機を接続する配線長とを夫々調整する
ことを特徴とする。

【０００８】請求項６の発明では、請求項１、２、３、
４、５の発明において、零電流検出幅に上限値、下限値
を設けたことを特徴とし、上限値を設けることにより、
設定周波数が基準周波数より大きくなることによって、
一次電流が零電流検出幅内に全て入ることを防ぎ、下限
値を設けることにより、零電流検出幅が零にならないの
で、デッドタイム補償ができる。

【０００９】請求項７の発明では、請求項４、５の発明
において、インバータと誘導電動機を接続する配線長を
電流変化で検出し、それに基づいて零電流検出幅を調整
することを特徴とし、また請求項８の発明では、請求項
４、５の発明において、インバータと誘導電動機を接続
する配線長を設定し、それに基づいて零電流検出幅を調
整することを特徴とし、零電流検出幅を調整することで
配線が長くなることによる電流波形の乱れたときもデッ
ドタイム補償ができる。

【００１０】請求項９の発明では、請求項４、５、７、
８の発明において、インバータと誘導電動機を接続する
配線長より、補正電圧の値を調整することを特徴とし、
配線長を設定または検出することによって、補正電圧の
値を調整することでデッドタイム補償ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施形態に基づいて
説明する。まず、インバータのデッドタイム補償につい
て説明する。インバータの出力電圧は、電圧指令に従っ
て制御される。しかし、後述する原因で出力電圧は電圧
指令値に対して制御誤差を生じる。その結果、誘導電動
機の回転速度やトルクの制御特性の劣化が起こる。

【００１２】例えば、誘導電動機の駆動装置に用いられ
る一般的なインバータは、図５に示すように、フライホ
イール（回生）ダイオードＤ₁〜Ｄ₆が逆並列に接続さ
れた複数相＝トランジスタなどのスイッチング素子Ｑ₁
〜Ｑ₆をブリッジ接続して構成した主回路１と、この主
回路１のスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₆の点弧を制御する
図示しないＰＷＭ制御回路とで構成してある。なお、主
回路１には整流回路３と平滑コンデンサ４とで三相交流
を直流に変換した電圧を電源として印加してある。

【００１３】ＰＷＭ制御回路では、図６（ｃ）に示す制
御電圧信号ａと三角波ｂとの比較によってＰＷＭ波形の
電圧指令信号を作成し、この電圧指令信号に応じて主回
路１のスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₆の点弧を制御し、イ
ンバータ１の出力電圧を制御する。主回路１において、
電源（平滑コンデンサ４の両端）に直列に接続されたス
イッチング素子（例えばＱ₁とＱ₂）の転流時に両スイ
ッチング素子が同時に点弧状態にある期間が生じると、
その期間には電源短絡状態状態となる。そこで、この電
源短絡を防止するために、一方のスイッチング素子（例
えばＱ₁）がターンオフして他方のスイッチング素子
（例えばＱ₂）をターンオンさせるようにしてある。こ
の点弧遅れ時間がいわゆるインバータのデッドタイムで
ある。

【００１４】この点を図６を用いてさらに説明する。い
ま、電流ｉが図５における矢印方向に流れる場合、制御
電圧信号ａと三角波ｂとの比較によって得られるＰＷＭ
波形に従ってトランジスタＱ₁、Ｑ₂を交互にオン、オ
フするのに際し、スイッチンング素子Ｑ₁とスイッチン
グ素子Ｑ₂との接続点ｘが、負の電位から正の電位に変
化するのは、スイッチング素子Ｑ₁のデッドタイムＴ_D
だけ遅れる。逆に、電流ｉが図１の矢印と反対方向に流
れる場合には、接続点ｘが正の電位か負の電位に変化す
るまでに、スイッチング素子Ｑ₂のデッドタイムＴ_Dだ
け遅れる。その結果、図６（ｄ）に太い実線で示す希望
の波形に対して、図中斜線で示す部分がデッドタイムＴ
_Dによりなくなったり、一部追加されたりして、図６
（ｆ）に示す波形となってしまう。これは、図６（ｅ）
に示すデッドタイムＴ_Dの幅のパルス状電圧が逆極性で
加わったものと等価となる。従って、インバータの出力
電圧は上記パルス状電圧により低下する。

【００１５】上記パルス状電圧は、図６（ａ）に示す回
転磁束より角度φだけ位相が進んだ電流ｉの極性と関係
がある。この角度φは図７に示すｄ軸電流（励磁電流）
とｑ軸電流（トルク電流）のなす角度φである。ここ
で、電流ｉが正のときはパルス状電圧が負、電流ｉが負
の時はパルス状電圧が正である。このパルス状電圧は方
形波電圧に近似でき、その振幅△Ｖは、△Ｖ＝Ｅｄ×ｔ
ｄ×ｆｃ（Ｅｄはパルス状電圧、ｔｄはパルス幅、ｆｃ
は周波数）となる。そこで、その電流ｉの極性に応じ
て、近似された方形波電圧（補正電圧）を加えることに
より、電流ｉが零と検出されたときに今まで補正してい
た極性と反対極性の方形波電圧（補正電圧）を加える。
ただし、零電流のときの補正は、電流ｉが零と検出され
たときに、今まで補正していた極性と反対の方形波電圧
（補正電圧）を加える。このようにしてインバータのデ
ッドタイムによる出力電圧の低下を防止する補償を行っ
ている。

【００１６】次に本発明の基本である零電流検出とデッ
ドタイム補償について説明する。まず電流が始めると、
その電流を電流検出器で検出して電流の極性を決定し、
その極性を用いて補正電圧の極性を決定するが、その電
流の極性の検出方法は、電流検出器で検出した電流にノ
イズの影響があることを考慮して、図８のように零電流
検出幅を設け、ヒステリシスを持たせている。図８の
（ｂ）は同図（ａ）の枠イ内の拡大図である。いま、図
９のように、検出電流が正極性から負極性に流れている
ものとする。検出電流が零電流検出幅内に入ったときか
ら、ある時間連続してこの零電流検出時間内に存在した
とき、零電流であるとして検出する。このある時間のこ
とを零電流検出時間と呼ぷ。次に、検出電流がある時間
連続して零電流検出幅外の負極性側に存在したなら、負
電流であると検出する。このある時間のことを、正負電
流検出時間と呼ぶ。さらに負電流が検出されてから、あ
る時間連続して検出電流が零、電流検出幅内に存在しな
い限り、負電流であるとして検出する。この時間のこと
を正負電流保持時間と呼ぶ。ここで、検出電流にノイズ
が入ったときには、図１０のような方法で、零電流およ
び正負電流を検出する。つまりは、一旦零電流検出幅内
に検出電流が入って、零電流検出時間を経過する前に、
零電流検出幅外のノイズが入った場合には、ノイズが入
った時点から新たに零電流検出時間を計り直す。また、
正負電流検出時間にも、零電流検出幅内のノイズが入っ
た場合、新たに正負電流検出時間を計り直す。この場
合、より速く零電流を検出し、正負電流保持時間を長く
することが望ましい。その一つの方法として、図１１の
ように、零電流検出時間および正負電流保持時間では、
ノイズを無視し、正負電流検出時間では、その時間を計
り直す。

【００１７】以上の説明では検出電流が正極性から負極
性に流れる場合について説明したが、検出電流が負極性
から正極性に流れるときも同様の処理を行う。これによ
り、正電流の時は正の補正電圧を、負電流の時は負の補
正電圧を、零電流のときは、正電流から零電流になった
とき負の補正電圧を、負電流から零電流になったとき正
の補正電圧をすることにより図１２のようにデッドタイ
ム補償ができる。図１２（ａ）中細線イは補正されてい
ない指令電圧を示し、太線ロは補正された指令電圧を示
し、ΔＶは補正電圧を示す。図１２（ｂ）は一次電流を
示す。これが電流による補正である。

【００１８】次に、本発明の実施形態を図１に示す具体
構成に基づいて説明する。本実施形態の構成は、設定周
波数に比例した指令電圧Ｖに変換し出力するＶ／Ｆ変換
器５と、設定周波数を積分して電圧の位相角θを求める
位相角演算器１２と、交流の電圧基準Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，
Ｖｗ^*を出力する交流電圧演算器１３と、電圧基準Ｖｕ
^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を基に、ＰＷＭ制御を行い、誘導電
動機２を駆動するトランジスタ等のスイッチング素子で
構成されたインバータ１と、三相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉ
ｗを検出する検出器６と、検出器６から出力される三相
電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗから絶対値の最大値を一次電流ピ
ーク値として後記の零電流検出幅演算器１１に出力する
一次電流ピーク値演算器７と、三相の電流からインバー
タ１と誘導電動機２の配線長を検出する配線長検出器８
と、配線長検出器８で検出された配線長或いは外部から
設定された配線長を記憶しておく記憶器９と、設定周波
数ωｒ^*を設定且つ記憶し、Ｖ／Ｆ変換器５と位相角演
算器１２と零電流検出幅演算器１１へ設定周波数ωｒ^*
を出力する周波数設定器１０と、設定周波数ωｒ^*及び
一次電流ピーク値及び配線長から零電流検出幅を演算
し、交流電圧演算器１３に出力する零電流検出幅演算器
１１とから構成される。

【００１９】而して零電流検出幅は、零電流検出幅演算
器１１で次のように演算される。つまり零電流検出幅演
算器１１は図２に示す如く、一次電流ピーク値演算器７
から出力された一次電流のピーク値と、周波数設定器１
０から出力される設定周波数ωｒ^*と、記憶器９から出
力される配線長と、あらかじめ設定されている基準周波
数と基準配線長と上下限値から式（１）を基に求める。
図２中イは式（１）による演算値を示す。

【００２０】

【数１】

【００２１】（１）この零電流検出幅を用いて、上述したデッドタイム補償
を行う。また、配線長を考慮しないデッドタイム補償を
行うと、一次電流は配線長が短い場合には図３（ａ）の
ようになり、配線長が短い場合には図３（ｂ）のように
なる。そこで、配線長を検出する方法であるが、図４
（ａ）に示すようにデッドタイム補償をしない指令電圧
に基づく電圧を誘導電動機２に印加し、指令電圧が零に
なってから一次電流が零になるまでの時間を配線長検出
器８で検出し、その時間と定数を乗算することにより求
める（図４（ｂ）は配線長の短い場合の一次電流を、ま
た図４（ｃ）は配線長の長い場合の一次電流を示し、上
記時間はこれら図で示すＡ部分の時間である）。

【００２２】また、配線長によって、（配線長一基準配線長）／基準配線長×補正電圧の式から求めた補正電圧を加えることでも、配線長が長
くなってもドッドタイムア補償がうまくできる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明は、誘導電動機のコイル
に流れる電流を検出し、電流の極性に応じて指令電圧を
補正する際、零を中心として所定値の幅を持たせた零電
流検出幅に検出電流が所定時間存在するとき、零電流で
あると検知し、その零電流を用いて指令電圧の補正を行
うデッドタイム補償方法において、零電流検出幅を調整
するので、インバータが高容量で誘導電動機がリ小容量
の場合、一次電流が全て零電流検出電流幅の中に入って
しまうことなく確実にデッドタイム補償ができるという
効果がある。

【００２４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、零電流検出幅の調整は、一次電流のピーク値で調整
するもので、請求項１の発明と同様にインバータが高容
量で誘導電動機がリ小容量の場合、一次電流が全て零電
流検出電流幅の中に入ってしまうことなくデッドタイム
補償ができるという効果がある。請求項３の発明は、請
求項１の発明において、零電流検出幅の調整は、設定周
波数で調整するので、検出電流が高調波で、実際の電流
よりも遅れて検出されても、デッドタイム補償ができる
という効果がある。

【００２５】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、零電流検出幅の調整は、インバータと誘導電動機を
接続する配線長で調整するので、インバータと誘導電動
機を接続する配線が長くなることによる電流が乱れがお
きてもデッドタイム補償ができるという効果がある。請
求項５の発明は、請求項１の発明において、零電流倹出
幅の調整は、一次電流のピーク値と、設定周波数と、イ
ンバータと誘導電動機を接続する配線長とを夫々調整す
るので、請求項１乃至請求項４の奏する効果がある。

【００２６】請求項６の発明は、請求項１、２、３、
４、５の発明において、零電流検出幅に上限値、下限値
を設けたので、上限値を設けることにより、設定周波数
が基準周波数より大きくなることによって、一次電流が
零電流検出幅内に全て入ることを防ぎ、下限値を設ける
ことにより、零電流検出幅が零にならないので、デッド
タイム補償ができるという効果がある。

【００２７】請求項７の発明は、請求項４、５の発明に
おいて、インバータと誘導電動機を接続する配線長を電
流変化で検出し、それに基づいて零電流検出幅を調整す
るので、また請求項８の発明は、請求項４、５の発明に
おいて、インバータと誘導電動機を接続する配線長を設
定し、それに基づいて零電流検出幅を調整するので、零
電流検出幅を調整することで配線が長くなることによる
電流波形の乱れたときもデッドタイム補償ができるとい
う効果がある。

【００２８】請求項９の発明は、請求項４、５、７、８
の発明において、インバータと誘導電動機を接続する配
線長より、補正電圧の値を調整するので、配線長を設定
または検出することによって、補正電圧の値を調整する
ことでデッドタイム補償ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成図である。

【図２】同上の零電流検出幅の説明図である。

【図３】同上の配線長の違いによる一次電流の説明図で
ある。

【図４】同上の配線長の検出方法の説明図である。

【図５】インバータの主回路の回路図である。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】電流を励磁電流とトルク電流とに分離した場合
の説明図である。

【図８】零電流の検出方法の説明図である。

【図９】具体的な零電流の検出方法の説明図である。

【図１０】具体的な零電流の検出方法の説明図である。

【図１１】具体的な零電流の検出方法の説明図である。

【図１２】一次電流と補正電圧の関係説明図である。

【符号の説明】

１インバータ２誘導電動機５Ｖ／Ｆ変換器６検出器７一次電流ピーク値演算器８配線長検出器９記憶器１０周波数設定器１１零電流検出幅演算器１２位相角演算器１３交流電圧演算器

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】次に本発明の基本である零電流検出とデッ
ドタイム補償について説明する。まず電流が流れ始める
と、その電流を電流検出器で検出して電流の極性を決定
し、その極性を用いて補正電圧の極性を決定するが、そ
の電流の極性の検出方法は、電流検出器で検出した電流
にノイズの影響があることを考慮して、図８のように零
電流検出幅を設け、ヒステリシスを持たせている。図８
の（ｂ）は同図（ａ）の枠イ内の拡大図である。いま、
図９のように、検出電流が正極性から負極性に流れてい
るものとする。検出電流が零電流検出幅内に入ったとき
から、ある時間連続してこの零電流検出時間内に存在し
たとき、零電流であるとして検出する。このある時間の
ことを零電流検出時間と呼ぶ。次に、検出電流がある時
間連続して零電流検出幅外の負極性側に存在したなら、
負電流であると検出する。このある時間のことを、正負
電流検出時間と呼ぶ。さらに負電流が検出されてから、
ある時間連続して検出電流が零、電流検出幅内に存在し
ない限り、負電流であるとして検出する。この時間のこ
とを正負電流保持時間と呼ぶ。ここで、検出電流にノイ
ズが入ったときには、図１０のような方法で、零電流お
よび正負電流を検出する。つまりは、一旦零電流検出幅
内に検出電流が入って、零電流検出時間を経過する前
に、零電流検出幅外のノイズが入った場合には、ノイズ
が入った時点から新たに零電流検出時間を計り直す。ま
た、正負電流検出時間にも、零電流検出幅内のノイズが
入った場合、新たに正負電流検出時間を計り直す。この
場合、より速く零電流を検出し、正負電流保持時間を長
くすることが望ましい。その一つの方法として、図１１
のように、零電流検出時間および正負電流保持時間で
は、ノイズを無視し、正負電流検出時間では、その時間
を計り直す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、配線長によって、（配線長一基準配線長）／基準配線長×補正電圧の式から求めた補正電圧を加えることでも、配線長が長
くなってもデッドタイム補償がうまくできる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導電動機のコイルに流れる電流を検出
し、電流の極性に応じて指令電圧を補正する際、零を中
心として所定値の幅を持たせた零電流検出幅に検出電流
が所定時間存在するとき、零電流であると検知し、その
零電流を用いて指令電圧の補正を行うデッドタイム補償
方法において、零電流検出幅を調整することを特徴とす
るインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項２】零電流検出幅の調整は、一次電流のピーク
値で調整することを特徴とする請求項１記載のインバー
タのデッドタイム補償方法。
【請求項３】零電流検出幅の調整は、設定周波数で調整
することを特徴とする請求項１記載のインバータのデッ
ドタイム補償方法。
【請求項４】零電流検出幅の調整は、インバータと誘導
電動機を接続する配線長で調整することを特徴とする請
求項１記載のインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項５】零電流倹出幅の調整は、一次電流のピーク
値と、設定周波数と、インバータと誘導電動機を接続す
る配線長とを夫々調整することを特徴とする請求項１記
載のインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項６】零電流検出幅に上限値、下限値を設けたこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５記載のインバ
ータのデッドタイム補償方法。
【請求項７】インバータと誘導電動機を接続する配線長
を電流変化で検出し、それに基づいて零電流検出幅を調
整することを特徴とする請求項４、５記載のインバータ
のデッドタイム補償方法。
【請求項８】インバータと誘導電動機を接続する配線長
を設定し、それに基づいて零電流検出幅を調整すること
を特徴とする請求項４、５記載のインバータのデッドタ
イム補償方法。
【請求項９】インバータと誘導電動機を接続する配線長
より、補正電圧の値を調整することを特徴とする請求項
４、５、７、８記載のインバータのデッドタイム補償
法。