JP2002010669A - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP2002010669A JP2000181959A JP2000181959A JP2002010669A JP 2002010669 A JP2002010669 A JP 2002010669A JP 2000181959 A JP2000181959 A JP 2000181959A JP 2000181959 A JP2000181959 A JP 2000181959A JP 2002010669 A JP2002010669 A JP 2002010669A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プロセッサによるシステム制御の処理周期の如
何に拘らず精度よく安定した周波数をもつ交流出力を供
給可能で、加速時や減速時であっても周波数制御精度の
低下がないインバータ装置を提供。 【解決手段】本発明のインバータ装置は、供給される直
流電流を所定周波数(fo)の交流電流に変換する逆変換回
路(4) を含み、この逆変換回路(4) のスイッチング制御
をデジタルプロセッサ(30)で行なうようにした回転機械
動力用モータ(11)を可変速駆動するインバータ装置にお
いて、デジタルプロセッサ(30)におけるシステム制御の
処理周期(Tc1,Tc2…) とは直接関係のない一定処理周期
(Ts)を有するタイマ割込み処理を設定し、そのタイマ割
込み処理中において逆変換回路(4)のスイッチング制御
についてのタイミングの是非を判断し、インバータ出力
周波数(fo)の制御を行なうようにしたことを主たる特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばファン、ポ
ンプ、ミル（粉砕機）、クレーン等の回転機械の動力源
であるモータ（電動機）を可変速駆動するインバータ装
置に関し、特にその制御方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は回転機械動力用モータを可変速駆
動する従来の電流型インバータ装置の構成を示すブロッ
ク図である。
【０００３】主回路部Ａは、商用交流電源１、交−直変
換用の順変換回路２、平滑用の直流リアクトル３、直−
交変換用の逆変換回路４とからなり、逆変換回路４から
出力される交流電流を、回転機械負荷１２を回転駆動す
るための動力源であるモータ１１に供給するものとなっ
ている。
【０００４】なお上記逆変換回路４は、６個の半導体ス
イッチング素子（サイリスタ）５〜１０をブリッジ接続
したものとなっている。すなわちＵ相の図中上下一対の
アームに対応して半導体スイッチング素子５及び６が設
けられている。同様に、Ｖ相の一対のアームに対応して
半導体スイッチング素子７及び８が設けられており、Ｗ
相の一対のアームに対応して半導体スイッチング素子９
及び１０が設けられている。かくして各相における一対
の半導体スイッチング素子どうしの中間接続点から、Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応する正負電流を取り出せる
ものとなっている。
【０００５】制御回路部Ｂは、入出力信号中継用のＩ／
Ｏ部１７、外部入力端子１３から入力する外部信号Ｓx
に基づいて出力電圧指令Ｖdcs と周波数指令ｆosとを出
力するシステム制御部１４、前記周波数指令ｆosに基づ
いて生成したＯＮ−ＯＦＦ制御信号Ｓc により逆変換回
路４のスイッチング制御を行なうスイッチング制御部１
５、前記出力電圧指令Ｖdcs に基づいて順変換回路２を
出力電圧制御を行なう順変換制御部１９とからなってい
る。システム制御部１４とスイッチング制御部１５とは
プロセッサ１６に含まれており、プロセッサ１６と入出
力信号中継用のＩ／Ｏ部１７とはデジタル制御装置１８
に含まれている。
【０００６】図６の（ａ）（ｂ）は、図５に示す電流型
インバータ装置の動作を説明するための図で、（ａ）は
上記装置を「１２０°導通方式」で動作させる場合の逆
変換回路４における６個の半導体スイッチング素子５〜
１０のＯＮ−ＯＦＦ状態を示す図であり、（ｂ）は上記
半導体スイッチング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦによっ
て得られるインバータ出力電流波形を示す図である。
【０００７】すなわち「１２０°導通方式」では、電流
型インバータ装置における逆変換回路４の６個の半導体
スイッチング素子５〜１０が、図６の（ａ）に示す如く
順次ＯＮとされる結果、図６の（ｂ）に示す如く出力周
期（１サイクル＝３６０°）に対して各々１２０°の期
間づつ各相電流が出力されるものとなる。この場合、出
力電流の周波数は、図６の（ａ）に示すタイミング幅Ｐ
を増減することにより制御される。
【０００８】図７は、図５に示す電流型インバータ装置
のプロセッサ１６におけるデジタル制御処理方式の説明
図である。まず外部からの要求や負荷装置の条件等を含
む外部信号Ｓx に基づいてシステム制御部１４が作動
し、出力電圧指令Ｖdcs および周波数指令ｆosを演算す
るシステム制御の処理周期Ｔc （Ｔc1，Ｔc2…）、すな
わちプロセッサ１６の処理周期が計測される。つぎに各
処理周期Ｔc1，Ｔc2…の終了時点から、６個の半導体ス
イッチング素子５〜１０についてのＯＮ−ＯＦＦ切替え
の要否が判断される。そしてこの判断結果に基づいて半
導体スイッチング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦ切替え制
御が実行され、逆変換回路４の出力周波数ｆo の制御が
行なわれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図７に示す従来のデジ
タル制御処理方式では、プロセッサ１６におけるシステ
ム制御の各処理周期Ｔc1，Ｔc2, …毎に、６個の半導体
スイッチング素子５〜１０についてのＯＮ−ＯＦＦ切替
え制御が行なわれる。従って各処理周期Ｔc1，Ｔc2…の
時間幅が大きくなると、スイッチングの要否を判断する
時間的密度（分解能）が低下し、実際の出力周波数ｆo
の制御精度が低下する。
【００１０】また、システム制御部１４の処理周期Ｔc
1. Ｔc2…は諸要因によって変動する可能性があるた
め、上記周期Ｔc1. Ｔc2…を時間的な基準として行なわ
れるスイッチング制御では、実際の出力周波数ｆo の精
度低下を来たす上、出力電流波形の不平衡が生じる。こ
のような不具合の発生を防ぐために、従来は、６個の半
導体スイッチング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦ切替え制
御についてのタイミング調整を行なうために、特別なハ
ードウエアをもつインバータ制御専用のプロセッサやデ
ジタル制御装置を使用する必要があった。
【００１１】一方、半導体スイッチング素子５〜１０に
ついてのＯＮ−ＯＦＦ切替え制御のタイミングは、角周
波数指令値ω（＝２πｆo ）に対する１周期を２π（ラ
ジアン）とした現在の位相角θで決まり、経過時間ｔに
対してθ＝∫ω×ｔとなる。しかしシステム制御の処理
周期Ｔc1. Ｔc2…における各終了時の周波数指令ｆosか
らθ′＝ω×ｔとして位相角を求めると、角周波数指令
値ωが変化している場合に実際の位相角θとの間に誤差
を生じる。このため実際の出力周波数ｆo の制御精度が
低下する。
【００１２】本発明の目的は、下記の利点を有するイン
バータ装置を提供することにある。
【００１３】(a) プロセッサによるシステム制御の処理
周期の如何に拘らず、精度よく安定した周波数をもつ交
流出力を供給可能である。
【００１４】(b) 加速時や減速時のように出力周波数に
変化が生じるような場合であっても、周波数制御精度の
低下がない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のインバータ装置は下記の如く
構成されている。
【００１６】（１）本発明のインバータ装置は、供給さ
れる直流電流を所定周波数の交流電流に変換する逆変換
回路を含み、当該逆変換回路のスイッチング制御をデジ
タルプロセッサで行なうようにした、回転機械動力用モ
ータを可変速駆動するインバータ装置において、前記デ
ジタルプロセッサにおけるシステム制御の処理周期とは
直接関係のない独立した一定の処理周期を有するタイマ
割込み処理を設定し、この設定されたタイマ割込み処理
中において前記逆変換回路のスイッチングの要否を判断
し、この判断結果に基づいてスイッチング制御を行なう
ことにより、インバータ出力周波数を制御するようにし
たことを特徴としている。
【００１７】（２）本発明のインバータ装置は、前記
（１）に記載の装置であって、前記タイマ割込み処理に
おける一定の処理周期は、前記システム制御における平
均的な処理周期よりも短く設定されていることを特徴と
している。
【００１８】（３）本発明のインバータ装置は、前記
（１）に記載の装置であって、周波数設定値をタイマ割
込み周期での位相増加量に変換して設定し、この設定し
た値をタイマ割込み処理中において積算することによっ
て現在位相を把握し、この現在位相に基づいてスイッチ
ング制御の要／不要の判断を行なう手段を備えたことを
特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態） 「構成」図１は本発明の第１実施形態に係るインバータ
装置の構成を示す図で、具体的には回転機械動力用モー
タを可変速駆動する電流型インバータ装置の構成を示す
ブロック図である。なお図５に示した従来の電流型イン
バータ装置と同様の機能を有する部分には同一の符号が
付されている。
【００２０】図１に示す電流型インバータ装置は、大き
く分けると主回路部Ａと制御回路部Ｂとからなる。
【００２１】主回路部Ａは、商用交流電源１からの交流
を直流に変換する順変換回路２と、この順変換回路２に
より順変換された直流電流を、平滑化するための直流リ
アクトル３と、この直流リアクトル３により平滑化され
た直流電流を所定周波数の交流電流に変換する逆変換回
路４とで構成されており、逆変換回路４から出力される
交流電流をモータ１１に供給するものとなっている。こ
のモータ１１は、例えばファン、ポンプ、ミル、クレー
ン等の回転機械負荷１２を回転駆動するための動力源で
ある。
【００２２】なお上記逆変換回路４は、６個の半導体ス
イッチング素子（サイリスタ）５〜１０をブリッジ接続
することにより構成されている。すなわち上記逆変換回
路４は、Ｕ相の図中上下一対のアームに対応して半導体
スイッチング素子５及び６が設けられている。同様に、
Ｖ相の一対のアームに対応して半導体スイッチング素子
７及び８が設けられており、Ｗ相の一対のアームに対応
して半導体スイッチング素子９及び１０が設けられてい
る。かくして各相における一対の半導体スイッチング素
子どうしの中間接続点から、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に
対応する正負電流を取り出し得るものとなっている。
【００２３】制御回路部Ｂは、入出力信号を中継するた
めのＩ／Ｏ部１７と、このＩ／Ｏ部１７を介して外部入
力端子１３から入力する外部からの指令や負荷状態検出
情報等を含む外部信号Ｓx に基づいて、出力電圧指令Ｖ
dcs （順変換回路２の出力電圧Ｖdcを指令するもの）と
周波数指令ｆos（逆変換回路４の出力周波数ｆo を指令
するもの）とを出力するシステム制御部１４と、このシ
ステム制御部１４からの周波数指令ｆosに基づいて所定
タイミングのＯＮ−ＯＦＦ制御信号Ｓc を生成し、この
ＯＮ−ＯＦＦ制御信号Ｓc を、前記Ｉ／Ｏ部１７を介し
て前記逆変換回路４の６個の半導体スイッチング素子５
〜１０の各ゲートに与えてＯＮ−ＯＦＦ切り替え制御を
行なうスイッチング制御部１５と、前記システム制御部
１４からの出力電圧指令Ｖdcs に基づいて順変換回路２
を制御する順変換制御部１９と、タイマー割込み処理制
御部２０とからなっている。
【００２４】システム制御部１４とスイッチング制御部
１５とタイマー割込み処理制御部２０とは、デジタルプ
ロセッサ３０に含まれており、また上記プロセッサ３０
と入出力信号中継用のＩ／Ｏ部１７とは、デジタル制御
装置４０に含まれている。
【００２５】図２は出力電圧指令Ｖdcs 及び周波数指令
ｆosの演算等を行なうシステム制御部１４と、６個の半
導体スイッチング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦ切り替え
制御を行なうスイッチング制御部１５と、タイマー割込
み処理制御部２０とを含むデジタルプロセッサ３０にお
けるデジタル制御処理方式の説明図である。
【００２６】図２に示すデジタル制御処理方式において
は、前記プロセッサ３０におけるシステム制御の処理周
期Ｔc （Ｔc1，Ｔc2…）とは直接関係のない、独立した
一定の処理周期Ｔs （この処理周期Ｔs はシステム制御
の処理周期Ｔc1，Ｔc2…の平均的な処理周期よりも短く
設定してある）を有するタイマ割込み処理が設定され
る。このため上記一定の処理周期Ｔs ごとにタイマ割込
みが発生し、システム制御部１４によるメインループで
のシステム制御の処理実行中において、上記設定された
タイマ割込み処理内でのスイッチング制御すなわち前記
逆変換回路４の６個の半導体スイッチング素子５〜１０
についてのＯＮ−ＯＦＦ切り替えの要否が判断される。
そしてこの判断結果に基づいて、６個の半導体スイッチ
ング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦ切替え制御が行なわ
れ、インバータ出力周波数ｆo の制御が行なわれる。
【００２７】図３はシステム制御処理内での半導体スイ
ッチング素子切替え制御に関するタイミング設定手順を
示すフロー図である。
【００２８】「ステップＳ１」…周波数設定値ωを指定
する。
【００２９】「ステップＳ２」…位相微分値ｄθを計算
する。すなわちタイマ割込み処理周期Ｔs の期間中にお
いて、前記周波数設定値ωをもとに処理周期Ｔｓごとの
位相増加量を表す位相微分値ｄθを次式により計算す
る。
【００３０】ｄθ＝ω×Ｔｓ 「ステップＳ３」…計算された位相微分値ｄθを外部参
照可能な変数として保存しておく。
【００３１】図４は一定の処理周期Ｔs で行なわれるタ
イマ割込み処理によるスイッチング切替え制御の処理動
作を示すフロー図である。
【００３２】「ステップＳ１１」…タイマ割込み処理を
スタートさせる。
【００３３】「ステップＳ１２」…前記保存されている
位相微分値ｄθをタイマ割込み毎に足し込むことにより
現在の位相積分値θを計算する。
【００３４】「ステップＳ１３」…計算された現在の位
相積分値θが６０°以上であるか否かを判定することで
スイッチング制御が必要であるか、不要であるかについ
て判断をする。
【００３５】「ステップＳ１４」…スイッチング制御を
実行する。
【００３６】「ステップＳ１５」…現在の位相積分値θ
をリセットして零に戻す。そして次の切替えまで６０°
の間隔をおく。
【００３７】「ステップＳ１６」…タイマ割込み処理を
終了する。
【００３８】「作用」 （１）タイマ割込み処理による一定の処理周期Ｔs での
スイッチング制御が行なわれるため、インバータ出力周
波数ｆo の精度が向上しかつ安定化する。すなわち、図
２に示すデジタル制御処理方式を用いることにより、６
個の半導体スイッチング素子５〜１０のＯＮ−ＯＦＦ切
替え制御についてのタイミングが、プロセッサ３０にお
けるシステム制御の処理周期Ｔc1，Ｔc2…とは直接関係
のない独立した一定の処理周期Ｔs で制御される。その
結果、パーソナルコンピュータや汎用マイクロコンピュ
ータ・ボードなどを使用した場合でも、出力周波数ｆo
を安定かつ高精度に制御することができる。例えば、パ
ーソナルコンピュータを使用して、システム制御処理中
に種々のパラメータを画面に表示したりすることで、シ
ステム制御処理速度が不明になるような場合でも、一定
の比較的短い処理周期Ｔs でのタイマ割込み処理が行な
われることから、スイッチング制御の是非が一定レベル
以上の高い精度で判断可能となり、安定した出力周波数
精度を維持できる。
【００３９】（２）周波数設定値ωを、タイマ割込み周
期Ｔs での位相増加量に変換して設定し、この設定し
た値をタイマ割込み処理中において積算することによっ
て現在位相を把握し、これに基づいてスイッチング制御
の要／不要の判断を行なう手段を備えている。すなわち
図３および図４に示すように、周波数設定値ωをもとに
位相微分値ｄθを計算し、この位相微分値ｄθをタイマ
割込み処理内で積算することによって現在の位相積分値
θを求め、求めた位相積分値θに基づいてスイッチング
制御の要／不要が判断される。このため、高い出力周波
数制御精度を維持できる。したがって例えば周波数指令
ｆosが変化する加速段階や減速段階等においても、正確
な現在位相が求められるため、出力周波数の制御精度が
低下するおそれがない。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、下記の利点を持つイン
バータ装置を提供できる。
【００４１】(a) インバータ逆変換回路のスイッチング
制御をデジタルプロセッサで行なう場合において、タイ
マ割込み処理を設定し、当該割込み処理内でスイッチン
グ制御のタイミングの判断を行なうようにしたので、プ
ロセッサによるシステム制御の処理周期の如何に拘ら
ず、精度よく安定した周波数をもつ交流出力を供給可能
である。
【００４２】(b) 周波数設定値を、タイマ割込み周期で
の位相増加量に変換して設定し、この設定した値をタイ
マ割込み処理中において積算することによって現在位相
を把握し、これに基づいてスイッチング制御の要／不要
の判断を行なう手段を備えているので、例えば加速時や
減速時のように出力周波数に変化が生じるような場合で
あっても、周波数制御精度の低下がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の
構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の
デジタルプロセッサにおけるデジタル制御処理方式の説
明図。
【図３】本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の
システム制御処理内での半導体スイッチング素子切替え
制御に関するタイミング設定手順を示すフロー図。
【図４】本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の
タイマ割込み処理内でのスイッチング切替え制御の処理
動作を示すフロー図。
【図５】従来例に係るインバータ装置の構成を示すブロ
ック図。
【図６】従来例に係るインバータ装置の動作説明図で、
（ａ）は上記装置を「１２０°導通方式」で動作させる
場合の半導体スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を示
す図、（ｂ）は上記半導体スイッチング素子のＯＮ−Ｏ
ＦＦによって得られるインバータ出力電流波形を示す
図。
【図７】従来例に係るインバータ装置のデジタルプロセ
ッサにおけるデジタル制御処理方式の説明図。
【符号の説明】
Ａ…主回路部 Ｂ…制御回路部 １…商用交流電源 ２…交−直変換用の順変換回路 ３…平滑用の直流リアクトル ４…直−交変換用の逆変換回路 ５〜１０…半導体スイッチング素子（サイリスタ） １１…モータ １２…回転機械負荷 １３…外部入力端子 １４…システム制御部 １５…スイッチング制御部 １６，３０…デジタルプロセッサ １７…入出力信号中継用のＩ／Ｏ部 １８，４０…デジタル制御装置 １９…順変換制御部 ２０…タイマー割込み処理制御部 Ｓx …外部信号 Ｖdcs …出力電圧指令 ｆos…周波数指令 Ｓc …ＯＮ−ＯＦＦ制御信号 Ｖdc…順変換回路の出力電圧 ｆo …逆変換回路の出力周波数
フロントページの続き (72)発明者 重水 哲郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 後藤 正人 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 竹村 厚司 東京都港区高輪２−19−13 株式会社菱友 システム技術内 Ｆターム(参考） 5H007 AA04 BB06 CA03 CB01 CB05 DA03 DB07 DC04 DC05 EA08 5H576 AA05 AA06 AA08 BB06 CC05 DD02 EE14 EE18 HA05 HB03 JJ03 JJ18 JJ22 JJ23 KK05 LL52

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】供給される直流電流を所定周波数の交流電
    流に変換する逆変換回路を含み、当該逆変換回路のスイ
    ッチング制御をデジタルプロセッサで行なうようにし
    た、回転機械動力用モータを可変速駆動するインバータ
    装置において、 前記デジタルプロセッサにおけるシステム制御の処理周
    期とは直接関係のない独立した一定の処理周期を有する
    タイマ割込み処理を設定し、この設定されたタイマ割込
    み処理中において前記逆変換回路のスイッチングの要否
    を判断し、この判断結果に基づいてスイッチング制御を
    行なうことによって、インバータ出力周波数を制御する
    ようにしたことを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項２】前記タイマ割込み処理における一定の処理
    周期は、前記システム制御における平均的な処理周期よ
    りも短く設定されていることを特徴とする請求項１に記
    載のインバータ装置。
  3. 【請求項３】周波数設定値をタイマ割込み周期での位相
    増加量に変換して設定し、この設定した値をタイマ割込
    み処理中において積算することによって現在位相を把握
    し、この現在位相に基づいてスイッチング制御の要／不
    要の判断を行なう手段を備えたことを特徴とする請求項
    １に記載のインバータ装置。
JP2000181959A 2000-06-16 2000-06-16 インバータ装置 Expired - Fee Related JP3294236B2 (ja)

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