JP2001145390A - 電動機駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機駆動制御装置のうち単相交流入力部に
力率改善用の交直変換回路を有するものにおいて、半導
体素子の数を少なくすると共に高周波漏洩電流を低減す
る。 【解決手段】 単相交流電源１と、フィルタ用リアクト
ル３と、コンデンサ４，５および交直変換用スイッチン
グ素子からなるハーフブリッジ交直変換回路６と、コン
デンサ４，５および直交変換用スイッチング素子からな
るハーフブリッジ直交変換回路７と２相誘導電動機１０
で構成し、単相交流電源１の１線とコンデンサ４，５の
中点と２相誘導電動機１０の１線を接続することによ
り、素子数を少なくできるとともに、回路全体の対地電
圧変動が抑制されることにより高周波漏洩電流の低減が
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力電流を単相交
流電源と同相の正弦波状に制御する機能を有する電動機
駆動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、入力電流を正弦波状に制御し、入
力力率の改善を図る電動機の駆動制御装置としては、図
８に示すようなフルブリッジ交直変換回路２８とフルブ
リッジ直交変換回路３０を有するものがある。

【０００３】図８において、交直変換回路制御器１４は
直流電圧が基準値となるように交流入力電圧検出値と直
流電圧検出値とから交流入力電圧と同期した交流入力電
流指令値を作成し、交流入力電流検出値と一致するよう
にフルブリッジ交直変換回路２８をＰＷＭ制御する。

【０００４】また、フルブリッジ直交変換回路３０は３
相誘導電動機３１が所定の回転数となるように直交変換
回路制御器１６からＰＷＭ制御される。

【０００５】これ以外に上記のフルブリッジ交直変換回
路２８の代わりに、例えば特開平７−１５９６６号公報
に開示されているように、整流器と１つのスイッチング
素子で構成した１石式交直変換器を利用するものがあ
る。

【０００６】これを図９に示す。図９において交直変換
回路制御器１４は図８の構成と同様、直流電圧が基準値
と一致するように入力電流波形を交流入力電圧と同期し
た正弦波となるよう１石式交直変換回路３４をＰＷＭ制
御する。また、フルブリッジ直交変換回路３０も図８と
同様、３相誘導電動機３１が所定の回転数となるようＰ
ＷＭ制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８，
図９で示される電動機駆動制御装置に共通の課題として
は半導体素子の数が多いため損失が大きく価格が高いこ
とがあげられる。

【０００８】また、図８に示される回路例では単相交流
電源１に対して平滑コンデンサ２９の両端直流部がフル
ブリッジ交直変換回路２８の搬送波周波数で振動し、３
相誘導電動機３１にはさらにフルブリッジ直交変換装置
３０の搬送波周波数での電圧変動が重畳された電圧が印
加されるために、高周波漏洩電流が大きいという問題が
ある。図８と図１０で上記平滑コンデンサ２９両端直流
部が単相交流電源１に対して搬送波周波数で振動してい
ることを説明する。

【０００９】図１０にフルブリッジ交直変換回路２８内
のスイッチング素子駆動信号を発生するための搬送波と
変調波形を示す。また、（ａ）は図８のフルブリッジ交
直変換回路２８内のスイッチング素子Ａの駆動信号、
（ｂ）は同様にフルブリッジ交直変換回路２８内のスイ
ッチング素子Ｂの駆動信号、（ｃ）はフルブリッジ交直
変換回路２８内のスイッチング素子Ｃの駆動信号、
（ｄ）はフルブリッジ交直変換回路２８内のスイッチン
グ素子Ｄの駆動信号を示す。

【００１０】スイッチング素子に直接接続される図８の
単相交流電源１の１線Ｓの電位は、フルブリッジ交直変
換回路２８内のスイッチング素子Ａがオンしたときには
平滑コンデンサ２９の＋側のＰと同電位となり、フルブ
リッジ交直変換回路２８内のスイッチング素子Ｂがオン
したときには平滑コンデンサ２９の−側電位のＮと同電
位となる。図１０の（ｅ），（ｆ）にそれぞれ図８の単
相交流電源１の１線Ｓから見た平滑コンデンサ２９の両
端ＰＮ間電圧をＤＣＶとした時のＰとＮの電圧波形を示
す。

【００１１】３相誘導電動機３１には、この平滑コンデ
ンサ２９の直流がさらにフルブリッジ直交変換器３０に
よってスイッチングされて印加される。このときの単相
交流電源１の１線Ｓから見た３相誘導電動機３１の端子
電圧はフルブリッジ直交変換回路３０の搬送周波数や３
相誘導電動機３１の運転周波数によって変動し、一意的
には決めることができないが、図１０の（ｅ），（ｆ）
よりさらに高い周波数の変動となることは明らかであ
る。

【００１２】このようにして図８の電動機駆動制御装置
では装置全体が単相交流電源１に対して高周波で振動し
ており、フルブリッジ交直変換回路２８とフルブリッジ
直交変換回路３０の浮遊容量、３相誘導電動機３１の浮
遊容量などを介して高周波漏洩電流が流れる。

【００１３】次に図９に示す回路では、平滑コンデンサ
２９の負極側Ｎは単相交流電源１の半周期ごとに単相交
流電源１のＲまたはＳと交互に同電位となるため、高周
波漏洩電流の発生は図８の場合に比べて少ない。しかし
装置の入力側に整流回路３２を有するために双方向の電
力の授受はできず、３相誘導電動機３１の電源回生制動
を利用することができない。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は電動機駆動制御装置において交直変換回路
及び直交変換回路をハーフブリッジ型とし、単相交流電
源の１線をハーフブリッジを構成するコンデンサの中点
と、電動機の１線に接続するよう構成したものである。

【００１５】これにより、スイッチング素子数を低減す
ると共に単相交流電源に対する装置全体の高周波電圧変
動を抑制し、高周波漏洩電流の低減が可能となる。ま
た、誘導電動機の電源回生制動も可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の電動機
駆動制御装置の発明は、単相交流電源と入力電流を前記
単相交流電源と同相の正弦波状にするためのフィルタ用
リアクトルと、交直変換用スイッチング素子を直列接続
した１つのアームと直列接続したコンデンサからなるハ
ーフブリッジ交直変換回路と、この直列接続したコンデ
ンサと直交変換用スイッチング素子を直列接続した２つ
のアームからなるハーフブリッジ直交変換回路と、前記
ハーフブリッジ直交変換回路に接続された２相誘導電動
機と、入力電圧と前記ハーフブリッジ交直変換回路の直
流電圧から入力電流の目標値を作成し入力電流波形が目
標値と一致するように前記ハーフブリッジ交直変換回路
をＰＷＭ制御する交直変換回路制御器と、前記２相誘導
電動機の速度目標を設定し目標値に一致させるために前
記ハーフブリッジ直交変換回路をＰＷＭ制御する直交変
換回路制御器とを備え、前記ハーフブリッジ交直変換回
路と前記ハーフブリッジ直交変換回路に共用される直列
接続された前記コンデンサの中点と、前記単相交流電源
の１線と前記２相誘導電動機の１線を直接接続したもの
であり、交直変換部と直交変換部とをハーフブリッジ型
とすることにより素子数を低減し、前記ハーフブリッジ
交直変換回路と前記ハーフブリッジ直交変換回路に共用
される直列接続された前記コンデンサの中点と、前記単
相交流電源の１線と前記２相誘導電動機の１線を直接接
続する事により、装置全体の前記単相交流電源に対する
高周波電圧変動を抑制し、高周波漏洩電流を低減する作
用を有する。

【００１７】請求項２に記載の電動機駆動制御装置の発
明は、単相交流電源と入力電流を正弦波状にするための
フィルタ用リアクトルと、交直変換用スイッチング素子
を直列接続した１つのアームと直列接続したコンデンサ
からなるハーフブリッジ交直変換回路と、この直列接続
したコンデンサと直交変換用スイッチング素子を直列接
続した２つのアームからなるハーフブリッジ直交変換回
路と、前記ハーフブリッジ直交変換回路に接続され２相
の電圧から３相の回転磁束を得るようにデルタ接続され
た３相誘導電動機と、入力電圧と前記ハーフブリッジ交
直変換回路の直流電圧から入力電流の目標値を作成し入
力電流波形が目標値と一致するように前記ハーフブリッ
ジ交直変換回路をＰＷＭ制御する交直変換回路制御器
と、前記３相誘導電動機の速度目標を設定し目標値に一
致させるために前記ハーフブリッジ直交変換回路をＰＷ
Ｍ制御する直交変換回路制御器とを備え、前記ハーフブ
リッジ交直変換回路と前記ハーフブリッジ直交変換回路
に共用される直列接続された前記コンデンサの中点と、
前記単相交流電源の１線と前記３相誘導電動機の１線を
直接接続したものであり、交直変換回路と直交変換回路
とをハーフブリッジ型とすることにより素子数を低減
し、交直変換部と直交変換部に共用される直列接続され
た前記コンデンサの中点と、前記単相交流電源の１線と
前記３相誘導電動機の１線を直接接続する事により、装
置全体の前記単相交流電源に対する高周波電圧変動を抑
制し、高周波漏洩電流を低減するとともにハーフブリッ
ジ型の直交変換回路で、フルブリッジ型の直交変換回路
で駆動される３相誘導電動を有する装置と同等の特性を
得ることができる。

【００１８】請求項３に記載の電動機駆動制御装置の発
明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、
直交変換回路制御器に出力電力量に応じ装置全体の効率
が最大となる直流電圧値、もしくは誘導電動機を駆動，
制動するために適した直流電圧値を算出する機能を有
し、その直流電圧値を交直変換回路制御器に伝えて直流
電圧の制御を行うものであり、直流電圧を適正な電圧に
調整する作用を有する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１から図
７を用いて説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける電動機駆動制御装置の構成図である。

【００２１】１は単相交流電源、２は交流入力電流検出
用ＣＴ、３は入力電流を正弦波状に制御するためのフィ
ルタ用リアクトル、４，５はハーフブリッジ交直変換回
路とハーフブリッジ直交変換回路とで共用されるコンデ
ンサ、６はハーフブリッジ交直変換回路、７はハーフブ
リッジ直交変換回路、８，９は出力電流検出用ＣＴ、１
０は２相誘導電動機である。

【００２２】また、１１は入力電圧検出器、１２は入力
電流検出器、１３は直流電圧検出器、１４は入力電流を
正弦波状に保ちつつ、直流電圧を所定の値に維持するよ
う交直変換回路をＰＷＭ制御する交直変換回路制御器、
１５は出力電流検出器、１６は出力の誘導電動機を所定
の速度で回転するよう直交変換回路をＰＷＭ制御する直
交変換回路制御器である。

【００２３】この構成における交直変換回路制御器１４
の動作を図２を用いて説明し、その場合に装置全体の高
周波電圧変動が抑制されることを図３を用いて説明す
る。

【００２４】図２において、第１差動増幅器２２は直流
電圧基準値２１と直流電圧検出器１３の出力Ｖｄｃとの
差を増幅し、乗算器２３に伝達する。

【００２５】乗算器２３は入力電圧検出器１１からの正
弦波出力Ｖａｃに第１差動増幅器２２の出力を乗じて入
力電流指令値を作成する。第２の差動増幅器２４は入力
電流検出器１２の出力Ｉｉｎとこの入力電流指令値との
差を増幅し、比較器２５に伝える。

【００２６】比較器２５では搬送波発生器２６からの搬
送波信号と、第２の差動増幅器２４の出力とを比較する
ことにより交直変換回路駆動信号であるＰＷＭ信号を得
る。交直変換回路制御器１４はこのような動作によっ
て、入力電流の正弦波化を行っている。

【００２７】次に、この時の単相交流電源１の１線Ｓか
ら見たコンデンサ４，５の＋側電圧Ｐと−側電圧Ｎの電
位を、図３で説明する。

【００２８】図３にハーフブリッジ交直変換回路６のス
イッチング素子を駆動する信号を発生するための搬送波
と変調波を示す。（ａ）はハーフブリッジ交直変換回路
内のスイッチング素子Ａの駆動信号、（ｂ）はハーフブ
リッジ交直変換回路内のスイッチング素子Ｂの駆動信号
を示す。

【００２９】この場合、単相交流電源１の１線Ｓはスイ
ッチング素子でなく、コンデンサ４，５の中点に接続さ
れるため、ハーフブリッジ交直変換回路が高周波でスイ
ッチングしているにも関わらず、コンデンサ４，５の両
端ＰおよびＮの電圧はＰＮ間の電位差をＤＣＶとする
と、単相交流電源１の１線Ｓから見てそれぞれ＋１／２
ＤＣＶ，−１／２ＤＣＶの直流電圧となる。

【００３０】このため高周波の電位変動が発生するのは
リアクトル３とハーフブリッジ交直変換回路６内のスイ
ッチング素子及びそれらの間をつなぐ配線部だけとな
り、ハーフブリッジ交直変換回路６及びコンデンサ４，
５から浮遊容量を介して流れる高周波漏洩電流が低減さ
れる。

【００３１】また、装置出力側に接続された２相誘導電
動機１０の１端子ｖも上記単相交流電源１の１線Ｓと接
続されており、出力側からの高周波漏洩電流も減少す
る。

【００３２】（実施例２）次に本発明の実施例２におけ
る電動機駆動制御装置について構成図である図４とベク
トル図５を用いて説明する。なお、図１と同一構成につ
いては、同一符号を付けて詳細な説明は省略する。

【００３３】１は単相交流電源、２は交流入力電流検出
用ＣＴ、３はリアクトル、４，５はコンデンサ、６はハ
ーフブリッジ交直変換回路、７はハーフブリッジ直交変
換回路、８，９は出力電流検出用ＣＴ、２０は固定子巻
線の１線の接続が逆になるようデルタ結線された３相誘
導電動機である。

【００３４】また、１１は入力電圧検出器、１２は入力
電流検出器、１３は直流電圧検出器、１４は交直変換回
路制御器、１５は出力電流検出器、１６は直交変換回路
制御器である。

【００３５】この実施例においても単相交流電源１の１
線Ｓがハーフブリッジ交直変換回路６、ハーフブリッジ
直交変換回路７及び３相誘導電動機２０の端子ｖと接続
されることにより、スイッチング素子の数を減らすと共
に高周波漏洩電流を減少させる作用を有する。

【００３６】また、出力側３相誘導電動機２０を図のよ
うに固定子の１線を逆接続した構成とすることにより２
相の電圧出力で通常の３相誘導電動機と同等の特性を得
ることができる。

【００３７】この場合の固定子磁束について図５を用い
て説明する。図５の電圧ベクトルにおいて、３相誘導電
動機２０のｖ端子を基準としてｕｖ端子間の電圧ベクト
ルとｗｖ端子間の電圧ベクトルをｗｖ端子間の方が６０
度遅れるように直交変換回路を制御すると、ｗｕ端子間
の固定子巻線にはｕｖ間電圧に比して１２０度遅れの電
圧が印加される。

【００３８】この時、ｗｖ端子間巻線の極性が逆になる
よう接続すれば固定子の磁束の方向は点線で示す方向と
なり、２相の電圧で３相の回転磁束を得ることができ
る。点線のφｕｖはｕｖ端子間の電圧によって発生する
磁束であり、同様にφｗｕはｗｕ端子間電圧、φｖｗは
ｗｖ間端子電圧によって発生する磁束である。図５では
磁束の起点は共通としているが、これは位相差がわかり
やすいようにするためであり、共通点から見たものでは
ない。

【００３９】（実施例３）次に本発明の実施例３におけ
る電動機駆動制御装置について構成図である図６と制御
ブロック図７を用いて説明する。なお、図１と同一構成
については、同一符号を付けて詳細な説明は省略する。

【００４０】１は単相交流電源、２は交流入力電流検出
用ＣＴ、３はリアクトル、４，５はコンデンサ、６はハ
ーフブリッジ交直変換回路、７はハーフブリッジ直交変
換回路、８，９は出力電流検出用ＣＴ、１０は２相誘導
電動機である。

【００４１】また、１１は入力電圧検出器、１２は入力
電流検出器、１３は直流電圧検出器、１４は交直変換回
路制御器、１５は出力電流検出器、１６は直交変換回路
制御器である。そしてこの実施例においては、直交変換
回路制御器１６から交直変換回路制御器１４にＶｃｎｔ
なる直流電圧指令値を伝達し、直流電圧を可変とする機
能を有する。

【００４２】この場合においても単相交流電源１の１線
Ｓがハーフブリッジ交直変換回路６、ハーフブリッジ直
交変換回路７及び２相誘導電動機１０の１線と接続され
ることにより、スイッチング素子の数を減らすと共に高
周波漏洩電流を減少させる作用を有する。また、この実
施例は直交変換回路制御器１６に出力電力量に応じ装置
全体の効率が最大となる直流電圧値、もしくは２相誘導
電動機１０を駆動，制動するために適した直流電圧値を
算出する機能を有した電動機駆動制御装置であり、その
直流電圧値を交直変換回路制御器１４に伝えて直流電圧
を適正な電圧に調整する機能を有する。この機能につい
て図７を用いて説明する。

【００４３】図７は実施例１で説明した図２とほぼ同じ
機能の交直変換回路制御器１４の制御ブロック図であ
り、図２と同一構成のものは同じ符号を付けて詳細な説
明は省く。

【００４４】図７において、２１は直流電圧基準値であ
り、２２は直流電圧基準値と直流電圧検出器１３の出力
Ｖｄｃとの差を増幅する第１差動増幅器、２３は乗算器
である。

【００４５】第２差動増幅器２４は入力電流検出器１２
の出力Ｉｉｎと乗算器２３の出力との差を増幅するもの
である。２５はＰＷＭを発生する比較器であり、２６は
搬送波発生器である。そして、直流電圧基準値２１の出
力Ｖｒｅｆに直交変換回路制御器１６からの直流電圧指
令値Ｖｃｎｔを加算する加算器２７を設けることによ
り、直流電圧を可変する事が可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、少ないスイッチング素子で入力電流の正弦波化が可
能な電動機駆動制御装置を構成できるとともに、高周波
漏洩電流の発生も抑制する事ができる。

【００４７】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１と同様の効果を得ることができるとともに、２相の
出力電圧で３相誘導電動機と同等の特性をもつ誘導電動
機駆動制御装置を構成することができる。

【００４８】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１又は請求項２の発明において最適な直流電圧値での
運転が可能となり、スイッチング素子の削減による効率
向上をさらに進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における電動機駆動制御装置
の構成図

【図２】本発明の実施例１における交直変換回路制御器
の制御ブロック図

【図３】同実施例におけるハーフブリッジ型交直変換回
路の直流部電圧変動を示すタイミングチャート

【図４】本発明の実施例２における電動機駆動制御装置
の構成図

【図５】本発明の実施例２における誘導電動機の電圧，
磁束ベクトル図

【図６】本発明の実施例３における電動機駆動制御装置
の構成図

【図７】本発明の実施例３における交直変換回路制御器
の制御ブロック図

【図８】従来のフルブリッジ交直変換回路を有する誘導
電動機駆動制御装置の構成図

【図９】従来の１石式交直変換回路を有する誘導電動機
駆動制御装置の構成図

【図１０】従来のフルブリッジ型交直変換回路の直流部
電圧変動を示すタイミングチャート

【符号の説明】

１ 単相交流電源 ２ 入力電流検出ＣＴ ３ リアクトル ４，５ コンデンサ ６ ハーフブリッジ交直変換回路 ７ ハーフブリッジ直交変換回路 ８，９ 出力電流検出ＣＴ １０ ２相誘導電動機 １１ 入力電圧検出器 １２ 入力電流検出器 １３ 直流電圧検出器 １４ 交直変換回路制御器 １５ 出力電流検出器 １６ 直交変換回路制御器 ２０，３１ ３相誘導電動機 ２１ 直流電圧基準値 ２２，２４ 差動増幅器 ２３ 乗算器 ２５ 比較器 ２６ 搬送波発生器 ２７ 加算器 ２８ フルブリッジ交直変換回路 ２９ 平滑コンデンサ ３０ フルブリッジ直交変換回路 ３２ 整流回路 ３３ 直流リアクトル ３４ １石式交直変換回路 ３５ スイッチ電流検出用ＣＴ ３６ 出力電流検出回路 ３７ 素子電流検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡壁 周作 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H576 BB01 CC05 DD01 DD02 DD04 EE11 GG04 HA04 HB01 JJ26 LL14 LL22 LL24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相交流電源と入力電流を前記単相交流
   電源と同相の正弦波状にするためのフィルタ用リアクト
   ルと、交直変換用スイッチング素子を直列接続した１つ
   のアームと直列接続したコンデンサからなるハーフブリ
   ッジ交直変換回路と、この直列接続したコンデンサと直
   交変換用スイッチング素子を直列接続した２つのアーム
   からなるハーフブリッジ直交変換回路と、前記ハーフブ
   リッジ直交変換回路に接続された２相誘導電動機と、入
   力電圧と前記ハーフブリッジ交直変換回路の直流電圧か
   ら入力電流の目標値を作成し入力電流波形が目標値と一
   致するように前記ハーフブリッジ交直変換回路をＰＷＭ
   制御する交直変換回路制御器と、前記２相誘導電動機の
   速度目標を設定し目標値に一致させるために前記ハーフ
   ブリッジ直交変換回路をＰＷＭ制御する直交変換回路制
   御器とを備え、前記ハーフブリッジ交直変換回路と前記
   ハーフブリッジ直交変換回路に共用される直列接続され
   た前記コンデンサの中点と、前記単相交流電源の１線と
   前記２相誘導電動機の１線を直接接続した電動機駆動制
   御装置。
2. 【請求項２】 単相交流電源と入力電流を正弦波状にす
   るためのフィルタ用リアクトルと、交直変換用スイッチ
   ング素子を直列接続した１つのアームと直列接続したコ
   ンデンサからなるハーフブリッジ交直変換回路と、この
   直列接続したコンデンサと直交変換用スイッチング素子
   を直列接続した２つのアームからなるハーフブリッジ直
   交変換回路と、前記ハーフブリッジ直交変換回路に接続
   され２相の電圧から３相の回転磁束を得るようにデルタ
   接続された３相誘導電動機と、入力電圧と前記ハーフブ
   リッジ交直変換回路の直流電圧から入力電流の目標値を
   作成し入力電流波形が目標値と一致するように前記ハー
   フブリッジ交直変換回路をＰＷＭ制御する交直変換回路
   制御器と、前記３相誘導電動機の速度目標を設定し目標
   値に一致させるために前記ハーフブリッジ直交変換回路
   をＰＷＭ制御する直交変換回路制御器とを備え、前記ハ
   ーフブリッジ交直変換回路と前記ハーフブリッジ直交変
   換回路に共用される直列接続された前記コンデンサの中
   点と、前記単相交流電源の１線と前記３相誘導電動機の
   １線を直接接続した電動機駆動制御装置。
3. 【請求項３】 直交変換回路制御器に出力電力に応じて
   効率が最大となる直流電圧値、もしくは誘導電動機を駆
   動，制動するために適した直流電圧値を算出する機能を
   有し、その直流電圧値を交直変換回路制御器に伝えて直
   流電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の電動機駆動制御装置。