JP2001045770A - インバータシステムの力率補正装置及び方法 - Google Patents
インバータシステムの力率補正装置及び方法Info
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- JP2001045770A JP2001045770A JP11264023A JP26402399A JP2001045770A JP 2001045770 A JP2001045770 A JP 2001045770A JP 11264023 A JP11264023 A JP 11264023A JP 26402399 A JP26402399 A JP 26402399A JP 2001045770 A JP2001045770 A JP 2001045770A
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Abstract
初期、インバータモータの駆動初期およびPAMスイッ
チング素子の駆動時に周辺に発生する干渉問題を解決す
る。 【解決手段】 商用交流電源を直流電圧に整流する整流
部61と、前記出力電圧を平滑させて出力させるチョー
クコイル62および平滑用コンデンサ63と、直流電圧
をパルス幅変調により3相の交流電源に変換させてモー
タMを駆動させるインバータ64と、PAM駆動を行わ
せるスイッチング素子Q1と、入力商用電源の入力電圧
を感知する入力電圧感知部66と、入力電流を感知する
入力電流感知部67と、前記感知された入力電圧と入直
電流との波形が同相になった場合のみ前記スイッチング
素子Q1をオン/オフさせてインバータ及び負荷を駆動
させる制御部と、を包含してインバータシステムの力率
補正装置を構成する。
Description
置及びその駆動方法に関するもので、詳しくは、PAM
(Pulse Amplitude Modulation、パルス振幅変調)機能
を選択的に動作させることにより、電源印加の初期及び
インバータ装置の駆動初期並びにPAMスイッチング素
子駆動時に、その周辺で生じる干渉問題を解決してPA
M機能をより効率的かつ経済的に駆動し得るインバータ
の力率補正装置と、インバータ及び負荷を駆動すると
き、入力電圧と入力電流の波形が同相である時のみイン
バータを駆動させて効率的かつ経済的に駆動し得るイン
バータシステムの力率補正装置及びその方法、特に、P
AM機能が働くとき、インバータ及び負荷を駆動させて
ノイズを低減させ、電源電圧が低電圧である場合、効率
を優先視するインバータ及び負荷制御だけを行うように
したインバータシステムの力率補正蔵置及びその方法に
関するものである。
性の面から家電製品の多くの部分でインバータ(Invert
er)化が進行され、例えば、インバータにより駆動され
るモータを適用した洗濯機及び冷蔵庫なども開発されて
発売されつつある。従来のインバータ装置においては、
図6に示したように、入力される商用交流電源をダイオ
ードブリッジにより直流電圧に整流する整流部11と、
該整流部11から出力された電圧を平滑させ出力するチ
ョークコイル12および平滑用のコンデンサ13と、そ
れらチョークコイル12および平滑用コンデンサ13に
より平滑された直流電圧をパルス幅変調(PWM)によ
り再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動させ
るインバータ14と、を包含して構成されていた。
ータ装置の動作を、図7に基づいて説明する。先ず、図
7(A)に示したような商用交流電源の電圧波形と、図
7(B)に示したような商用交流電源の電流波形を有す
る交流電源を整流部11に供給すると、該整流部11は
ダイオードブリッジを用いて直流電圧に整流した後、チ
ョークコイル12に出力する。
用コンデンサ13は前記整流部11から出力された直流
電圧に含まれている交流成分を除去した直流電圧をイン
バータ14に出力する。このとき、前記インバータ14
に入力される直流電圧は、入力交流電源のピーク値より
も大きい電圧になる。
用コンデンサ13から入力される直流電圧をスイッチン
グ素子のオン/オフ動作により3相の交流電源に変換し
てモータMに提供してモータを駆動する。なお、前記図
7(B)において、時間tは、前記チョークコイル12
及び平滑用コンデンサ13の時定数により決められる時
間であり、通常、商用交流電源の1/5以下である。
ンバータに流れる電流波形は入力される商用交流電源と
同じ位相であり、図7(C)に示したように、最大電流
値より極めて小さいピーク電流を有する理想的な電流波
形を形成するため、ノイズ及び無効電力が減少される効
果があり、先進国では図7(C)に示したような波形を
形成することを法制化しつつあり、そこで、インバータ
システムに力率改善回路を適用する方法が採択されてい
た。
においては、図8に示したように、商用交流電源ACを
整流する整流部100と、該整流部100の出力電圧が
平滑するチョークコイルL1と、該チョークコイルL1
の出力電圧が整流用ダイオードD1を経て入力され、再
平滑する平滑用コンデンサC1と、使用者によりPAM
モードに設定されると、それに応じてPAM駆動制御信
号を出力する制御部130と、コレクタが前記チョーク
コイルL1の後段に接続され、エミッタが接地され、ベ
ースに前記制御部130からのPAM駆動制御信号を印
加されて導通制御されるPAM制御用トランジスタN1
と、前記平滑用コンデンサC1の直流電圧をパルス幅変
調(PWM)により可変周波数および可変電圧に変換す
るインバータ部110と、該インバータ部110の制御
により駆動するモータ120と、を備えて構成されてい
た。
ータ装置の力率補正装置の動作について説明する。ま
ず、整流部100は商用交流電源ACの入力を受けて整
流した後出力し、チョークコイルL1および平滑用コン
デンサC1は前記整流部100の整流信号を平滑した直
流電圧をインバータ部110に印加し、該インバータ部
110は前記平滑用コンデンサC1の直流電圧をパルス
幅変調により可変周波数および可変電圧に変換させて、
モータ120を駆動する。
ランジスタN1のオン/オフを制御し負荷(モータ)に
供給される電源を入力商用交流電源ACと同じ位相にす
るとともに、商用交流電源ACの最大電流値よりも小さ
いピーク電流を有するように力率を補正する。従来のイ
ンバータシステムの力率改善回路をより詳しく説明する
と、図9に示したように、入力される商用交流電源をダ
イオードブリッジにより直流電圧に整流する整流部31
と、該整流部31から出力される電圧を平滑して出力す
るチョークコイル32および平滑用コンデンサ33と、
それらチョークコイル32および平滑用コンデンサ33
のより平滑された直流電圧をパルス幅変調(PWM)に
より、再び3相の交流電源に変換させてモータMを駆動
させるインバータ36と、前記整流部31の出力電圧及
び前記平滑用のコンデンサ33の両段に印加される電圧
を比較器、マルチプレクサ、NANDゲート、NORゲ
ートなどを用いて全体的な入力電流と電圧とを一致させ
るために、パルス幅デューティを可変させるアナログ力
率改善部34及び該アナログ力率改善部34により可変
されたパルス幅デューティによりオン/オフされ、前記
平滑用コンデンサ33の充/放電動作を制御するスイッ
チング素子Q1により構成され、力率を補正する力率補
正部35と、を備えて構成されていた。
ータシステムの力率補正回路の動作に対し、図9及び図
10を用いて説明する。先ず、力率補正装置に商用交流
電源が印加されると、整流部31は直流電圧に整流して
出力し、このように出力される直流電圧は力率補正部3
5の各抵抗R1、R2により分圧された後、アナログ力
率改善部34の第3端子VM1に入力される。
た電圧は抵抗R5を介して前記アナログ力率改善部34
の第5端子Idetに入力され、また、前記チョークコ
イル32により誘起された電圧が抵抗R4、ダイオード
D1及びコンデンサC1により調整された電圧と抵抗R
3により調整された電圧とが加算されて前記アナログ力
率改善部34の第8端子VCCに入力される。このと
き、前記第8端子VCCを介して継続して入力電圧を受
ける理由は、力率制御の際、入力電圧の波形と同一波形
を形成するためである。
ョークコイル32及びダイオードD2を経由してインバ
ータ36に入力された後、各抵抗R11〜R13により
分圧されて前記アナログ力率改善部34の第1端子IN
Vに入力され、更に、前記分圧された電圧はコンデンサ
C2及び各抵抗R7、R8の時定数により調節されて前
記アナログ力率改善部34の第2端子COMPに入力さ
れ、一方、前記インバータ36に供給される電流に該当
する電圧、即ち、コンデンサC3により決定される電圧
は前記アナログ力率改善部34の第4端子CSに入力さ
れる。
図10に示したように、各比較器341、346、34
9、マルチプレクサ347、各NANDゲート343、
344、セルフスタータ(SELF−STARTER)
342及びNORゲート345などにより入力電圧と前
記インバータ36の出力電圧とを比較して、それら電圧
が一致するように調合したパルスを出力し、図11
(A)(B)に示したように、サイン波の低い部分では
デューティを大きくし、サイン波の高い部分ではデュー
ティを小さくさせるパルスを第7端子Voutを介して
出力する。
7端子Voutを介して出力されたパルスはスイッチン
グ素子Q1のゲートに入力され、該スイッチング素子Q
1がパルスに対応してオン/オフされて入力電流及び入
力電圧の位相を一致させるため、力率が補正されるよう
になっていた。
来のインバータシステムの力率補正装置においては、P
AM機能を選択的に動作することができないので、電源
の印加初期及びインバータモータの駆動初期並びにPA
Mスイッチング素子の駆動時に周辺に発生する干渉問題
に適切に対処することができず、また、アナログ方式を
用いるため、周辺回路が複雑で、信号制御が困難である
ことから、インバータ及び負荷を効率的に駆動すること
ができないという不都合な問題があった。
なされたもので、PAM機能を選択的に動作させること
により、電源の印加初期及びインバータモータの駆動初
期並びにPAMスイッチング素子の駆動時に周辺で発生
する干渉問題を解決して、PAM機能を効率的かつ経済
的に駆動し得るインバータシステムの力率補正装置を提
供することを目的とする。
路をディジタルで具現するため、回路の構成が簡単で、
信号制御を容易に遂行してPAM機能を効率的に行い得
るソフトスタートPAM駆動回路の駆動方法を提供しよ
うとする。且つ、本発明のその他の目的は、初期にPA
M機能で駆動させて、入力電流と入力電圧との波形が同
相である場合のみインバータ及び負荷を駆動させ、ノイ
ズを低減させることにより経済的に駆動し得るソフトス
タートパム駆動回路の駆動方法を提供しようとする。
AM機能で駆動させて、入力電流と入力電圧の波形が同
相である場合のみインバータ及び負荷を駆動させ、電源
電圧が低電圧である場合、効率を優先視するインバータ
及び負荷のみを制御し得るソフトスタートPAM駆動回
路の駆動方法を提供しようとする。
るため、本発明に係るインバータシステムの力率補正装
置においては、商用交流電源を整流する整流部と、該整
流部の出力電圧を平滑するチョークコイルと、該チョー
クコイルの出力電圧を整流用ダイオードを経て入力さ
れ、更に平滑する平滑用コンデンサと、コレクタが前記
チョークコイルの後段に接続され、エミッタが接地さ
れ、ベースにPAM駆動制御信号が印加されて導通制御
されるPAM制御用のトランジスタと、を包含するイン
バータシステムにおいて、使用者によりPAMモードに
設定されると、それに応じてPAM駆動制御信号及びリ
レー駆動制御信号を出力する制御部と、前記制御部のリ
レー駆動制御信号の入力を受けてリレー駆動信号を出力
するリレー駆動部と、該リレー駆動部の駆動信号により
PAMモードまたは正常モードを選択するリレーと、を
包含して構成されている。
し、図面を用いて説明する。本発明に係るインバータシ
ステムの力率補正装置の第1実施形態においては、図1
に示したように、商用交流電源ACを整流する整流部1
00と、前記整流部100の出力電圧を平滑するチョー
クコイルL1と、前記チョークコイルL1の出力電圧を
整流用のダイオードD1を経て入力され、再平滑する平
滑用コンデンサC1と、使用者によりPAMモードに設
定されると、PAM駆動制御信号及びリレー駆動制御信
号を出力する制御部200と、コレクタが前記チョーク
コイルL1の後段に接続され、エミッタが接地され、ベ
ースに前記制御部200のPAM駆動制御信号が印加さ
れて導通制御されるPAM制御用トランジスタN1と、
第1入力段NCが前記チョークコイルL1の前段に連結
され、第2入力段NOが前記PAM制御用トランジスタ
N1のコレクタに連結され、リレー駆動信号により第1
入力段NCまたは第2入力段NOに転換されるリレー2
20と、前記制御部200からリレー駆動制御信号を入
力され、それによりリレー駆動信号を出力するリレー駆
動部210と、から構成されている。
制御部200のリレー駆動制御信号によりオン/オフ制
御されるNPN型トランジスタN2と、逆電流防止用ダ
イオードD2と並列連結され、前記NPN型トランジス
タN2がオンになるときに励磁されるリレー励磁コイル
L2と、からなる。以下、このように構成される本発明
に係るインバータシステムの力率補正装置の動作につい
て説明する。
即ち、整流部100は入力された商用交流電源ACを整
流し、またチョークコイルL1および平滑用のコンデン
サC1は、前記整流部100の整流信号を平滑し、それ
に応じる直流電圧をインバータ部100に印加すると、
前記インバータ部110は前記平滑用コンデンサC1の
直流電圧をパルス幅変調を通じて可変周波数および可変
電圧に変換してモータ120を駆動する。ここで、制御
部200はPAM制御用トランジスタN1のオン/オフ
を制御し入力商用交流電源ACと同一な位相にさせると
ともに、商用交流電源ACの最大電流値よりも小さいピ
ーク電流を有するようにして力率を補正する。
ー駆動部210を追加包含して構成することによりPA
M機能を選択的に動作させて、電源印加の初期、モータ
駆動の初期及びPAMスイッチング素子の駆動時に周辺
に発生する干渉問題に対し、適切に対処することができ
る。ここで、図1のように、前記リレー220の第1入
力段NCを前記LIの前段に連結し、第2入力段NOを
前記PAM制御用のトランジスタN1のコレクタに連結
するか、又は前記第1入力段NCをチョークコイルL1
の後段に連結してPAMモードを選択して切り換えるこ
とができる。
ー220が第1入力段NCに接続されるようにセットさ
れた場合、使用者が必要に応じてPAMモードを設定す
ると、リレー駆動部210は制御部200からリレー駆
動制御信号を入力され、それに応じるリレー駆動信号に
より前記リレー220を第2入力段NOに切り換えて、
PAMモードで動作し、一般モードで動作する場合は、
前記リレー220の接点を第1入力段NCに切り換え商
用電源ACを直接整流することにより、一般的なモータ
120の駆動制御を行う。
型トランジスタN2は高電位のリレー駆動制御信号によ
りターンオンされてリレーコイルL2を励磁させ、リレ
ー220を第2入力段NOに切り換えPAMモードに設
定し、反対に低電位のリレー駆動制御信号が入力される
と、NPN型トランジスタN1はターンオフされて前記
リレー220を第1入力段NCに切り換え、一般モード
に設定する。ここで、前記リレー220の初期設定は使
用者により決められる。
リレー220を第1入力段NCまたは第2入力段NOに
切り換えることにより、PAMモードまたは一般モード
で動作させるため、電源印加の初期、インバータモータ
の駆動初期およびPAMスイッチング素子の駆動時に周
辺に発生する干渉問題に能動的に対処することができ
る。
の力率補正装置の第2実施形態においては、図2に示し
たように、ハイブリッド方式のインバータ力率補正装置
である。且つ、PAMモードで動作する本発明は、初期
にインバータ及び負荷をPAMで駆動させる第1段階
と、前記第1段階でPAM駆動を一定時間行った後、入
力電圧と入力電流とを感知する第2段階と、前記第2段
階で感知した入力電圧と入力電流の波形を比較する第3
段階と、前記第3段階で比較する入力電圧と入力電流が
同相であるとインバータ及び負荷を駆動させ、同相でな
いと、インバータ及び負荷を駆動させない第4段階と、
を順次行うことを特徴とする。
る。図3は、本発明に係るインバータシステムの構成図
である。即ち、商用交流電源をダイオードブリッジを経
て直流電圧に整流する整流部61と、前記出力電圧を平
滑させて出力させるチョークコイル62および平滑用コ
ンデンサ63と、それらチョークコイル62および平滑
用コンデンサ63を通じて直流電圧をパルス幅変調(P
WM)により3相の交流電源に変換させてモータMを駆
動させるインバータ64と、前記平滑用のコンデンサ6
3の前段に並列で連結され、オン/オフ動作により前記
平滑用のコンデンサ63に流れる電流と前記インバータ
及び負荷64に供給される電圧とを調整し、PAM駆動
を行わせるスイッチング素子Q1と、入力される商用電
源の入力電圧を感知する入力電圧感知部66と、入力電
流を感知する入力電流感知部67と、前記感知された入
力電圧と入直電流の波形を比較し、同相になった場合の
み前記スイッチング素子Q1をオン/オフさせてインバ
ータ及び負荷を駆動させる制御部と、を包含して構成さ
れている。
駆動過程においては、図5に示したようで、先ず、初期
にインバータ及び負荷をPAMで駆動させる第1段階
と、前記第1段階でPAM駆動を一定時間行った後、入
力電圧と入力電流を感知する第2段階と、前記第2段階
で感知した入力電圧と入力電流の波形とを比較する第3
段階と、前記第3段階で比較した入力電圧と入力電流と
が同相であれば、インバータを及び負荷を駆動させ、同
相でないとインバータ及び負荷を駆動させない第4段階
と、を順次行うようになっている。
インバータシステムの動作および作用効果について、詳
しく説明する。先ず、商用交流電源の入力時、これを整
流部61に入力して整流した直流電圧を出力する。する
と、チョークコイルおよび平滑用コンデンサ63は入力
電圧を制限し、必要な電流が流れるようにし、入力電圧
を平滑させインバータ/負荷64で供給する。
前記平滑用コンデンサ63で平滑された直流電圧をパル
ス変調により3相の交流電源に変換させ、モータMに提
供させることにより、負荷を駆動させる。なお、電源印
加の初期に、制御部65はスイッチング素子Q1をオン
またはオフさせ、前記平滑用コンデンサ63に流れる電
流と電圧とを調整しPAM駆動を行う。
場合、入力電流と入力電圧の波形は図4(A)に示すよ
うな波形を表し、また、PAM駆動が行われる場合は入
力電流と入力電圧の波形は図4(B)に示す通りであ
る。即ち、PAM駆動が行われない場合は、入力電流と
入力電圧との位相は相異するが、PAM駆動時は入力電
流と入力電圧の位相は同相になる。
知部67とは、整流部61を通じてインバータ及び負荷
側から入力される電圧と電流とを感知して前記制御部6
5に提供する。上述したように、初期からPAM駆動で
インバータ及び負荷を動作させて所定時間が経過する
と、前記制御部65は前記入力電圧感知部66と入力電
流感知部67で提供される入力電圧と入力電流を受け入
れる。
圧を感知して、電流と電圧との位相が一致しない場合
は、インバータ及び負荷64を駆動させない。なぜなら
ば、前記入力電圧と入力電流の位相が一致しない状態で
インバータ及び負荷64を駆動させると、効率が低減
し、その周辺にノイズによる干渉現状が発生する。しか
し、所定時間が経過すると、図4(B)に示したよう
に、入力電圧と入力電流の位相が一致されるが、この
際、制御部65はインバータ及び負荷64を駆動する駆
動信号を送り出し、インバータ/負荷64を駆動する。
ある。このように、入力電圧と入力電流とが同相である
場合、インバータ及び負荷64を駆動させるとより効率
的かつ経済的であり、またノイズを軽減することができ
る。さらに、入力される電源電圧が低電圧である場合、
PAMで駆動させず、インバータ/負荷64だけを駆動
させることにより、効率を優先するインバータ及び負荷
64に有利である。
明する。図5によると、インバータシステムの力率補正
装置を初期にPAMで駆動させる(S101)。このよ
うに初期にPAM駆動を行った後、一定の時間が経過す
ると、入力電流と入力電圧の波形を感知する(S10
2)。
の波形の位相を比較し(S103)、同相であると(S
104)インバータ及び負荷64を駆動させ(S10
5)、同相でない(S104)とインバータ及び負荷6
4を駆動しないように(S106)効率的に駆動させる
ことができる。
バータシステムの力率補正装置においては、PAM機能
を選択的に動作させ、電源印加の初期、インバータモー
タの駆動初期およびPAMスイッチング素子の駆動時に
周辺に発生する干渉問題を解決して、PAM機能をより
効率的かつ経済的に駆動する効果がある。
する際、初期にPAMを駆動させた後、所定時間が経過
すると、入力電圧と入力電流の波形を感知し、同相の場
合、インバータ及び負荷を駆動させ、同相でない場合は
インバータ及び負荷を駆動させないようにすることによ
り、より効率的かつ経済的な駆動を行うと共に、ノイズ
を低減させ、干渉現状を防止することができる。
優先視するインバータ及び負荷だけを制御することがで
きるという効果がある。
実施形態を示したブロック図である。
実施形態を示したブロック図である。
ック図ある。
AM駆動が行われない場合の入力電圧と入力電流の波形
図と、PAM駆動が行われる場合の入力電圧と入力電流
の波形図である。
示したフローチャートである。
路図である。
した回路図である。
ある。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 商用交流電源を整流する整流部と、該整
流部の出力電圧を平滑するチョークコイルと、該チョー
クコイルの出力電圧を整流用ダイオードを経て入力さ
れ、更に平滑する平滑用コンデンサと、コレクタが前記
チョークコイルの後段に接続され、エミッタが接地さ
れ、ベースにPAM駆動制御信号が印加されて導通制御
されるPAM制御用のトランジスタと、を包含するイン
バータシステムにおいて、 使用者によりPAMモードに設定されると、それに応じ
てPAM駆動制御信号及びリレー駆動制御信号を出力す
る制御部と、 前記制御部のリレー駆動制御信号の入力を受けてリレー
駆動信号を出力するリレー駆動部と、 該リレー駆動部の駆動信号によりPAMモードまたは正
常モードを選択するリレーと、を包含して構成されるこ
とを特徴とするインバータシステムの力率補正装置。 - 【請求項2】 前記リレーは、第1入力段が前記チョー
クコイルの前段に連結され、第2入力段が前記PAM制
御用トランジスタのコレクタに連結されて、リレー駆動
信号により前記第1入力段または第2入力段に切り換え
られることを特徴とする請求項1記載のインバータシス
テムの力率補正装置。 - 【請求項3】 前記リレーは、第1入力段が前記チョー
クコイルの後段に連結され、第2入力段が前記PAM制
御用トランジスタのコレクタに連結されて、リレー駆動
信号により前記第1入力段または第2入力段に切り換え
られることを特徴とする請求項1記載のインバータシス
テムの力率補正装置。 - 【請求項4】 前記リレー駆動部は、前記制御部のリレ
ー駆動制御信号によりオン/オフ制御されるNPN型ト
ランジスタと、逆電流防止用ダイオードと並列連結さ
れ、前記NPN型トランジスタがオンになるときに励磁
されるリレー励磁コイルと、からなることを特徴とする
請求項1記載のインバータシステムの力率補正装置。 - 【請求項5】 PAMモードの際、前記リレーは、高電
位のリレー駆動制御信号により前記リレー駆動部のNP
N型トランジスタがターンオンされて前記リレーコイル
を励磁させると、第2入力段に切り換えられることを特
徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のインバー
タシステムの力率補正装置。 - 【請求項6】 交流入力電源を整流する整流部と、該整
流部の出力電圧を平滑する平滑部と、該平滑部からの出
力に従って可変周波数及び可変電圧を出力するインバー
タ部と、を包含して構成されたインバータシステムにお
いて、 入力される商用電源の入力電圧を感知する入力電圧感知
部と、 入力電流を感知する入力電流感知部と、 感知された前記入力電圧と入直電流との波形を比較し
て、同相になった場合にのみ、スイッチング素子Q1を
オン/オフさせてインバータ及び負荷を駆動させる制御
部と、を包含することを特徴とするインバータシステム
の駆動装置。 - 【請求項7】 初期にインバータ及び負荷をPAM駆動
させる第1段階と、 前記第1段階でPAM駆動を所定時間遂行した後、入力
電圧及び入力電流を感知する第2段階と、 前記第2段階で感知された入力電圧と入力電流との波形
を比較する第3段階と、 前記第3段階で比較した入力電圧と入力電流とが同相で
あればインバータ及び負荷を駆動させるが、同相でない
とインバータ及び負荷を駆動させない第4段階と、を順
次行うことを特徴とするインバータシステムの駆動方
法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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