JP2003047256A - インバータ装置 - Google Patents
インバータ装置Info
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- JP2003047256A JP2003047256A JP2001228478A JP2001228478A JP2003047256A JP 2003047256 A JP2003047256 A JP 2003047256A JP 2001228478 A JP2001228478 A JP 2001228478A JP 2001228478 A JP2001228478 A JP 2001228478A JP 2003047256 A JP2003047256 A JP 2003047256A
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Abstract
御型インバータ装置において、デッドタイムの影響を安
定して補償することができるインバータ装置を提供す
る。 【解決手段】 直流電源の直流出力を交流出力に変換す
るインバータ1と、該インバータを制御する演算処理装
置2と、インバータから出力される電圧の極性を検出す
る電圧検出器3とを具備し、演算処理装置はパルス幅変
調制御部21と、電圧検出器にて検出されたデッドタイ
ム区間における電圧の極性により負荷電流の極性を判別
する極性検出部22と、該極性検出部出力を平準化する
デジタルフィルタ23と、該デジタルフィルタ出力に対
応してインバータのデッドタイム補償量を出力する補償
部23とを備えた。
Description
のインバータ装置に係り、特にインバータの上下アーム
の短絡防止用に設けたデッドタイムによる影響を補償す
るデッドタイム補償装置の構成に関する。
合には、パルス幅変調制御のインバータ装置が多く用い
られている。図4はインバータの1相分を示した回路図
で、IGBTあるいはMOSFETなどの高速のパワー
スイッチング素子とダイオードとを逆並列に接続したア
ームを2組直列にして直流電源に接続する。この両アー
ムを交互にオン・オフさせることにより、両者の接続点
Aに負荷を接続すれば、負荷電流Iが流れる。
からオフ状態に移行するのにある時間遅れが存在するた
め、これらのアームが極めて短時間でも同時にオンする
と、直流電源が短絡して両アームに過大な短絡電流が流
れ、素子を破壊する恐れがある。この短絡を防止するた
めに、両アームの切り替え時に一定の微少オフ時間(デ
ッドタイム)を挿入している。このデッドタイム区間は
両アーム共オフしているので、出力電圧は未定状態とな
る。
ムを設けた場合の各部の動作波形を示す図で(特開平1
0―225142号参照)、は制御信号Bとキャリア
波Cの波形、は理想的な上側アームの駆動信号の波
形、は理想的な下側アームの駆動信号の波形、をそれ
ぞれ示している。実際の駆動信号の波形にはデッドタイ
ムTが挿入されるので、は実際の上側アームの駆動信
号の波形、は実際の下側アームの駆動信号の波形、と
なる。は負荷電流Iが正の時の実際のA点電圧の波
形、は負荷電流Iが負の時の実際のA点電圧の波形、
をそれぞれ示している。デッドタイムTの期間は、負荷
電流の方向によって出力電圧の増減が異なり、負荷電流
が正の時(極性が正の時)には、負側のアームのダイオー
ドがオンしているので出力電圧はに示すように負電圧
が増大する。また、負荷電流が負の時(極性が負の時)に
は、正側のアームのダイオードがオンしているので出力
電圧はに示すように正電圧が増大する。
調制御にデッドタイムTを設けた場合の出力電圧・負荷
電流の変化を示す図で、は出力電圧波形、は負荷電
流波形であり、いずれも実線は理想の波形を示し、破線
はデッドタイムの影響を受けた波形を示している。負荷
電流の方向が正の時(極性が正の時)は出力電圧は負側に
バイアスされ、負荷電流の方向が負の時(極性が負の時)
は出力電圧は正側にバイアスされるため、負荷電流の正
負に対応して等価的な出力電圧が異なったものとなる。
このため、この時点でインバータの出力交流電圧波形は
歪んだ波形となる。
るには、負荷電流の方向(極性)を検出して、負荷電流
が正の場合にはデッドタイムに相当した補正電圧を出力
電圧に加算し、負荷電流が負の場合にはデッドタイムに
相当した補正電圧を出力電圧から減算してやれば良い。
そのために、指令値にそのデッドタイム補正電圧分を追
加すれば、元の出力電圧が得られる。補償は、次の式の
ように行う。 Vout=Vref+VT if I>Ih Vout=Vref−VT if I<−Ih ここで、 Voutは補償後インバータへの出力指令電
圧値、Vrefは補償前指令電圧値(実際の制御に必要
な電圧でデッドタイムT分を含む)、VTはデッドタイ
ムT分の電圧割合、Ihは間違い補償を防止するための
ヒステリシス電流値である。
ムの補償は、従来から電流検出器を用いてデッドタイム
期間中の電流の方向(極性)を専用回路により検出し、
上記式に基づいて行われていた。しかしながら、この方
法では電流検出器が必要であり、特に電流検出器を備え
ないインバータ装置においては、この目的のために電流
検出器が必要となった。また、調整が面倒な専用回路を
設ける必要があるという問題があった。
ので、モータ等に負荷電流を供給するパルス幅変調制御
型インバータ装置において、デッドタイムの影響を電流
検出器を用いることなく、簡単に補償することができる
インバータ装置を提供することを目的とする。
に、本発明のインバータ装置は、直流電源の直流出力を
交流出力に変換するインバータと、該インバータを制御
する演算処理装置と、前記インバータから出力される電
圧を検出する電圧検出器とを具備し、前記演算処理装置
はパルス幅変調制御部と、前記電圧検出器にて検出され
たデッドタイム区間における電圧の極性によりインバー
タの負荷電流の極性を判別する極性検出部と、該極性検
出部出力に対応して前記インバータのデッドタイム補償
量を出力する補償部とを備えたことを特徴としたもので
ある。
ジタルフィルタを備え、該デジタルフィルタ出力を前記
補償部に入力することが好ましい。また、前記電圧検出
器は、前記インバータの出力周波数を検出するための電
圧検出器と兼用したものであることが好ましい。
される電圧を電圧検出器により検出し、デッドタイム区
間におけるインバータの出力電圧極性から負荷電流の極
性を判別するので、専用の電流検出器を用いることな
く、インバータ装置に備えた演算処理装置のみでデッド
タイムの適切な補償が行える。即ち、電圧検出器は、イ
ンバータの出力周波数を検出するための電圧検出器等と
兼用することができ、デッドタイム区間の極性検出はイ
ンバータのパルス幅変調制御用のマイクロプロセサを用
いてソフトウエアの変更のみで対処が可能である。これ
により、ハードウエアを追加することなく、また電流波
形の歪みの影響を受けることなく、正確なデッドタイム
の補償が可能となる。
図1乃至図3を参照して説明する。
によるモータの駆動回路を示す図である。このインバー
タ装置は、直流電源の直流出力を交流出力に変換するイ
ンバータ1を備え、その出力を例えばモータM等の負荷
に供給し、可変速駆動する。このインバータ1は、演算
処理装置2により運転制御され、ここで制御部21は、
モータMを可変速駆動するためのパスル幅変調制御電圧
信号をインバータ1に供給する。インバータ1の出力電
圧は、電圧検出器3により検出され、演算処理装置2に
出力される。
圧信号には、インバータの両アームが同時にオンするこ
とを防止するためのデッドタイムが付加されている。デ
ッドタイムは、通常例えば4μsec程度の時間である。
このデッドタイムの付加により、出力電圧波形が歪みを
生じることは上述したとおりである。このデッドタイム
の影響を補償するために、このインバータ装置において
は、電圧検出器3にて検出されたデッドタイム区間にお
ける電圧の極性によりインバータの負過電流の極性を判
別する極性検出部22と、その出力を平準化するデジタ
ルフィルタ23と、その出力に対応してインバータのデ
ッドタイム補償量を出力する補償部24とを備えてい
る。そして、この補償部出力を制御部21からのパルス
幅変調制御信号に加減演算することで、デッドタイムの
影響が補償される。
れたデッドタイム区間における電圧の極性により負荷電
流Iの流れ方向(極性)を検出する。この極性検出は、
図2に示すように、補償前の上アームおよび下アームの
両者がオフとなるデッドタイムTの区間におけるA点電
圧(インバータ出力電圧)の極性を検出し、検出された
A点電圧の極性により電流の極性を検出する。即ち、A
点電圧は、両アームともにオフのときに、負荷電流Iの
流れ方向により、負荷電流Iが正である場合には負電圧
となり、負荷電流Iが負方向である場合には、正電圧と
なる。このデッドタイム区間におけるA点電圧の正負を
演算処理装置2を構成するマイクロプロセッサのソフト
ウェアの動作により検出する。ここで、電圧検出器3は
インバータの出力周波数、即ち同期モータである場合に
はモータの回転数を検出するための電圧検出器と兼用す
る。従って、デッドタイム区間におけるA点電圧の正負
の検出は、特別なハードウェアを設けることなく、既存
のハードウェアを用いてソフトウェアの変更のみで対処
することができる。
で検出された負荷電流の流れ方向(極性)の値を平準化
するフィルタであり、この実施形態においては、移動平
均を求める演算手段により構成されている。即ち、各キ
ャリアサイクル毎のデータを例えば8回分蓄積し、この
平均値を逐次算定することで、電流方向の判定値が平準
化され、連続性がある判定値となる。この平準化処理に
より、デッドタイム区間で検出したA点電圧の正負が例
えばノイズ等の影響を受けて逆転していても、これを正
しい電流の流れ方向に訂正することができる。
力が正である場合には、電流の極性が正であるので、デ
ッドタイム補正電圧分VTを制御部出力に加算する。デ
ジタルフィルタ23の出力が負である場合には、負荷電
流の極性が負であるので、デッドタイム補正電圧分VT
を制御部出力から減算する。この補正電圧分VTの制御
部出力への加減演算により、図2(b)A点電圧の補償
後に示すように、デッドタイム区間における負荷電流の
流れ方向による影響が補償された出力電圧が形成され
る。
インダクションモータを用いている。そして、このモー
タMをパルス幅変調制御型インバータ1を用いて電圧検
出器3により負荷電流方向を検出しつつ駆動制御を行っ
ている。
手段を用いない場合のインバータ出力周波数が50Hz
時の数周期分の負荷電流波形例を示している。図3
(b)は、本発明のデッドタイム補償手段を用いた場合
のインバータ出力周波数が50Hz時の数周期分の負荷
電流波形例を示している。図示するように、デッドタイ
ムの補償を行わない場合には、インバータ出力電圧がデ
ッドタイムの影響を受け、本来の正弦波波形からずれた
大きく歪んだ駆動電流波形となる。これに対して、上述
した本発明のデッドタイム補償手段を用いた場合には、
モータはきれいな正弦波電流波形で駆動されていること
が分かる。このことは、デッドタイム補償がない場合の
図3(a)に対して、図3(b)の場合にはデッドタイ
ムの影響が完全に補償され、デッドタイムによるインバ
ータ出力電圧増減の影響が完全に除去されていることを
示している。なお、モータは定格2.2kWのものを用
い、電流実効値は11Aで、回転速度は50Hzで運転
されている場合を示している。
段によれば、負荷電流の方向をデッドタイム区間のイン
バータ出力電圧から直接検出し、これに対応した補正電
圧をインバータのパルス幅変調制御出力に直接加減演算
することで補償するようにしたものである。従って、電
流検出型デッドタイム補償のように、負荷電流の歪みに
よる影響を受けることなく直接的なデッドタイム補償が
行える。そして、このデッドタイム補償手段によれば、
特別のハードウェアを設けることなく、ソフトウェアの
変更のみでハードウェアのコスト上昇を招くことなく実
現することができる。
を示したもので、本発明の趣旨を逸脱することなく、種
々の変形実施例が可能なことは勿論である。例えば、上
記実施形態は、モータとしてインダクションモータを用
いる例について説明したが、他の形式のモータにも同様
に本発明の趣旨の適用が可能である。
単な構成によりデッドタイム補償を確実に行うことが出
来、交流電動機等の負荷に良好な交流電流を供給するこ
とが可能となる。
タ駆動回路の構成例を示す図である。
(a)は上下アームの補償前駆動信号波形を示し、
(b)はA点の補償前及び補償後の電圧波形を示す図で
ある。
を示す図であり、(b)は本発明の実施形態のデッドタ
イム補償を行った場合の負荷電流波形例を示す図であ
る。
示す図である。
流の変化を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 直流電源の直流出力を交流出力に変換す
るインバータと、該インバータを制御する演算処理装置
と、前記インバータから出力される電圧を検出する電圧
検出器とを具備し、前記演算処理装置はパルス幅変調制
御部と、前記電圧検出器にて検出されたデッドタイム区
間における電圧の極性によりインバータの負荷電流の極
性を判別する極性検出部と、該極性検出部出力に対応し
て前記インバータのデッドタイム補償量を出力する補償
部とを備えたことを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項2】 前記電圧検出器によりデッドタイム区間
における電圧の極性を検出し、その検出された電圧の極
性によりインバータの負荷電流の極性を判別することを
特徴とする請求項1記載のインバータ装置。 - 【請求項3】 前記極性検出部出力を平準化するデジタ
ルフィルタを備え、該デジタルフィルタ出力を前記補償
部に入力することを特徴とする請求項1記載のインバー
タ装置。 - 【請求項4】 前記電圧検出器は、前記インバータの出
力周波数を検出するための電圧検出器と兼用したもので
あることを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001228478A JP2003047256A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001228478A JP2003047256A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | インバータ装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003047256A true JP2003047256A (ja) | 2003-02-14 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2001228478A Pending JP2003047256A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | インバータ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2003047256A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102684536A (zh) * | 2012-04-22 | 2012-09-19 | 上海发电设备成套设计研究院 | 一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法 |
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-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001228478A patent/JP2003047256A/ja active Pending
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