JP2003219688A - 単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方法 - Google Patents

単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータの出力電圧を適切に調節すること
で、低速リップル電流による悪影響を防止し得るように
する単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方
法を提供する。 【解決手段】 本装置は、単相交流電源を供給する電源
部と、前記単相交流電源を整流及び平滑化し、これを示
す直流電圧を出力する整流及び平滑部と、前記直流電圧
を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換する
インバータと、前記モータ駆動電流のリップル電流から
検出された包絡線と前記リップル電流から抽出された直
流成分とを比較し、その比較結果を発生し、その比較結
果に応じてインバータから出力電圧を制御するコントロ
ーラとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単相インバータの低
速リップル電流抑制装置及び方法に関し、より詳しくは
リップル電流が発生する区間である場合、インバータの
出力電圧を調節して、低速リップル電流による悪影響を
防止する単相インバータの低速リップル電流抑制装置及
び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、モータ速度を制御するため、直
流を交流に変換させるインバータを用いる。そのインバ
ータは、３相交流電源を整流して得た直流を受ける３相
インバータと、単相交流電源を整流して得た直流を受け
る単相インバータとに区分される。３相交流電源を用い
る場合に比べ、単相交流電源を用いる場合は、電波整流
された直流電源に含まれる低速リップル電圧が大きいた
め、単相インバータの立場から見ると、入力信号が不安
定になる。これにより、単相インバータから出力される
モータ駆動電流に低速リップル電流が発生し、故にモー
タの制御性能の低下及びモータの過熱によるインバータ
の寿命短縮をもたらす。
【０００３】したがって、単相インバータを用いてモー
タを駆動する制御システムにおいては、低速リップルに
よる悪影響を効果的に防止することが要求されている。
関連分野では、３相インバータを対象として低速リップ
ル電流を抑制するための多様な方案が提示されている
が、このような方案は、３相インバータの入力が比較的
安定した条件で有用に適用されるという限界をもってい
るため、本発明が取り扱う単相インバータに適さない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
前述したような従来技術の問題点に鑑みてなされてもの
で、本発明の目的は、インバータの出力電圧を適切に調
節することで、低速リップル電流による悪影響を防止し
得るようにする単相インバータの低速リップル電流抑制
装置及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するため、本発明は、モータへの低速リップル電流を抑
制する装置において、単相交流電源を供給する電源部
と、前記単相交流電源を整流及び平滑化し、これを示す
直流電圧を出力する整流及び平滑部と、前記直流電圧
を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換する
インバータと、前記モータ駆動電流のリップル電流から
検出された包絡線と前記リップル電流から抽出された直
流成分とを比較し、その比較結果を発生し、その比較結
果に応じてインバータから出力電圧を制御するコントロ
ーラとを含む装置を提供する。
【０００６】また、本発明は、モータの駆動時に発生す
る低速リップル電流を抑制する方法において、単相イン
バータからモータ駆動電流をモータに出力する段階と、
現在の区間がモータ駆動電流から低速リップル電流が発
生する区間であるかを判断する段階と、前記低速リップ
ル電流から包絡線を検出する段階と、現在の区間が低速
リップル電流が発生する区間である場合、その低速リッ
プル電流から直流成分を抽出する段階と、前記検出され
た包絡線と抽出された直流成分とを比較し、その比較結
果を発生する段階と、前記比較結果に応じてインバータ
の出力電圧を制御する段階とを含む方法を提供する。
【０００７】前記目的を達成するため、本発明は、モー
タへの低速リップル電流を抑制する方法において、単相
交流電源を供給する段階と、前記断層供給電源を整流及
び平滑化し、それを示す直流電圧を出力する段階と、前
記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電流
に変換する段階と、モータ駆動電流のリップル電流から
検出された包絡線とリップル電流から抽出された直流成
分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、前記比
較結果に応じてインバータからの出力電圧を制御する段
階とを含む方法を提供する。
【０００８】前記目的を達成するため、本発明は、モー
タへの低速リップル電流を抑制する装置において、モー
タ駆動電流をモータに提供するインバータと、前記モー
タ駆動電流の低速リップル電流の包絡線を検出し、前記
リップル電流から直流成分を抽出し、前記検出された包
絡線と前記抽出された直流成分を比較して、インバータ
からの出力電圧を高めるか又は低めるかを判断し、これ
を示す制御信号を前記インバータに出力して低速リップ
ル電流を抑制するコントローラとを含む装置を提供す
る。
【０００９】前記目的を達成するため、本発明は、モー
タを駆動する単相インバータの低速リップル電流を抑制
する方法において、単相交流電源を供給する段階と、前
記単相交流電源から直流電圧を発生させる段階と、モー
タを駆動するために前記直流電圧からモータ駆動電流を
発生させる段階と、前記モータ駆動殿嶐の現在区間が低
速リップル電流が発生する区間であるかを判断する段階
と、現在区間が低速リップル電流が発生される区間であ
る場合、低速リップル電流の包絡線を検出する段階と、
前記インバータの出力電流から直流成分を抽出する段階
と、前記抽出された直流成分と前記検出された包絡線と
を比較して、インバータの出力電圧を高めるか低めるか
を判断する段階と、前記出力電圧を高めるか低めるかに
応じて信号をインバータに出力して低速リップル電流を
抑制する段階とを含む方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明による好ましい実施
形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発
明による単相インバータの低速リップル電流抑制装置の
構成図である。同図に示すように、本発明は、単相交流
電源を供給する電源部１０と、単相交流電源を整流及び
平滑化する整流部２０及び平滑部３０と、整流及び平滑
化された直流電圧を受けモータ５０を駆動するためのモ
ータ駆動電流及び電圧を出力するインバータ４０と、前
記インバータ４０を制御するコントローラ６０とを含
む。
【００１１】前記平滑部３０は整流部２０からの整流さ
れた直流電圧により充電される平滑用キャパシタ“Ｃ
ａ”により具現され、この平滑用キャパシタ“Ｃａ”に
充電された直流電圧がインバータ４０に提供される。イ
ンバータに提供される直流電圧は不安定である。特に、
モータ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づくと、
例えば、単相交流電源１０の電源周波数が６０Ｈｚであ
り、モータ駆動周波数が５８Ｈｚ以上に高くなる場合に
は、インバータ４０の出力電流に低速リップル電流が発
生するときに発生する現象、つまり電流唸り現象（curr
ent beat phenomenon）が著しくなる。この低速リップ
ル電流によりモータ駆動が不安定になるなどの問題を引
き起こす。
【００１２】前記インバータ４０は、整流部２０により
整流され平滑部３０により平滑化された直流電圧を受
け、後述するコントローラ６０の制御信号に相応する出
力電圧をモータ５０に供給する。前記キャパシタ“Ｃ
ａ”の直流電圧は、図２に示すように、整流された電圧
の包絡線で表すことができるが、リップル電圧が含まれ
ているので、不安定な電圧“Ｖａ”である。ところが、
モータ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づくと、
インバータ４０から出力されるモータ駆動電流に電流唸
り現象が発生することにより、そのモータ駆動電流に含
まれる低速のリップル電流もやはり大きくなる。この電
流唸り現象は、平滑部３０から低速リップル電圧が含ま
れた直流電圧を受けるインバータ４０に対する制御が適
切に行われていないため発生する。これにより、インバ
ータ４０からモータ５０に印加されるモータ駆動電圧
“Ｖｂ”が、図３に示すように、制御しようとする一定
速度を有するトルクを生成し得る目標電圧（Ｖｆ）との
間に誤差を有し、究極にはモータ制御性能が不安定にな
る要因となる。
【００１３】したがって、前記コントローラ６０は、イ
ンバータ４０からモータ５０に提供されるモータ駆動電
流の一部を受けてモータ駆動周波数を検出し、そのモー
タ駆動周波数が設定の単相交流電源の周波数に近づく場
合には、低速リップル電流が発生する区間と認識し（例
えば、６０Ｈｚの単相交流電源を用いるとき、モータ駆
動周波数５５Ｈｚ以上でリップル電流が発生する区間と
決める）、これにより、コントローラ６０は、低速リッ
プル電流を抑制するため、インバータ４０の出力電圧を
調節するための制御動作を行う。
【００１４】低速リップル電流を抑制するための制御動
作を行う場合、前記コントローラ６０は、インバータ４
０から出力されるモータ駆動電流に含まれる低速リップ
ル電流の包絡線を検出し、そのリップル電流から直流成
分“ｄｃ”を抽出する。その後、前記コントローラ６０
は、検出された包絡線と抽出された直流成分とを比較し
て、インバータ４０の出力電圧を高めるか又は低めるか
を決定した後、それに応じて制御信号をインバータ４０
に出力する。例えば、抽出された直流成分より、検出さ
れた包絡線が大きいと、インバータ４０からの出力電圧
を低めるための制御信号をモータ５０に出力し、反面、
抽出された直流成分が検出された包絡線より大きいと、
インバータ４０からの出力電圧を高めるための制御信号
をモータ５０に出力する。
【００１５】前記コントローラ６０がインバータ４０に
印加する制御信号はパルス幅に応じて出力電圧“Ｖｂ”
を調整し得るＰＷＭ信号である。このＰＷＭ信号に応じ
て変化する出力電圧“Ｖｂ”は、図３のＡ部のように、
周期ごとに変化する。前記コントローラ６０は、抽出さ
れた直流成分より、検出された包絡線が大きくて出力電
圧“Ｖｂ”が高いと、その出力電圧“Ｖｂ”を低めて、
目標電圧値“Ｖｔ”に至るようにするための制御信号を
インバータ４０に印加するが、図４Ａに示すように、以
前周期（Ｔｎ−１）よりパルス幅が増加したＰＷＭ信号
をインバータ４０に出力する。
【００１６】また、前記コントローラ６０は、抽出され
た直流成分より、検出された包絡線が大きくなくて出力
電圧“Ｖｂ”が低いと、その出力電圧“Ｖｂ”を高めて
目標電圧“Ｖｆ”に至るようにするための制御信号をイ
ンバータ４０に印加するが、図４Ｂに示すように、以前
周期（Ｔｎ−１）よりパルス幅が減少したＰＷＭ信号を
インバータ４０に出力する。
【００１７】このように、前記コントローラ６０の制御
により低速リップル電流が抑制されるので、たとえモー
タ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づいてもモー
タを安定して制御することができる。以下、本発明によ
る単相インバータの低速リップル電流抑制方法を図５に
基づいて説明する。
【００１８】前記コントローラ６０は動作条件がモータ
駆動に相当するかを判断し（Ｓ１０）、その判断の結
果、モータ駆動に相当しないと、そのまま待機する。段
階Ｓ１０の判断の結果、コントローラ６０が動作条件が
モータ駆動に相当すると決定した場合、与えられた制御
プログラムにしたがってモータを駆動するため、コント
ローラ６０がインバータ４０を制御するモータ駆動ルー
チンを行い（Ｓ２０）、このモータ駆動ルーチンを行う
途中、前記コントローラ６０は低速リップル電流が発生
する区間であるかを判断するが、インバータ４０からモ
ータ５０に提供されるモータ駆動電流の一部を受けてモ
ータ駆動周波数を検出し、そのモータ駆動周波数が設定
の単相交流電源の周波数に近づくと、例えば６０Ｈｚの
単相交流電源を用いる場合、モータ駆動周波数が５５Ｈ
ｚ以上であると、低速リップル電流が発生する区間と判
断する（Ｓ３０）。
【００１９】段階Ｓ３０の判断の結果、低速リップル電
流が発生する区間でない場合には、モータ駆動を行いつ
づけるために段階Ｓ２０に戻り、段階Ｓ３０の判断の結
果、低速リップル電流が発生する区間である場合には、
インバータ４０の出力電流に含まれた低速リップル電流
の包絡線を検出する（Ｓ４０）。次いで、前記コントロ
ーラ６０はその出力電流の直流成分を抽出し（Ｓ５
０）、抽出された直流成分と検出された包絡線とを比較
し、図３に示すように、インバータの出力電圧“Ｖｂ”
を高めるか又は低めるかを決定した後、それに相応する
ＰＷＭ信号をインバータ４０に出力して目標電圧“Ｖ
ｆ”に到達し（Ｓ６０）、次いで復帰して前記制御過程
を繰り返し行う。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、インバ
ータに入力される直流電圧が安定しなくて、モータ駆動
用のモータ駆動電流に低速リップル電流が発生するおそ
れがあっても、制御部の制御によりインバータの出力電
圧を調節することでリップル電流を抑制することができ
るので、モータ駆動周波数が単相電源周波数に近づく場
合に著しく発生する低速リップル電流による悪影響を防
止することができる。したがって、本発明は、単相イン
バータを適用するモータ制御システムにおいて良好なモ
ータ制御性能と安定したモータ制御動作を発揮すること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による単相インバータの低速リップル
電流抑制装置の構成図である。
【図２】 図１の装置の平滑部からインバータに出力す
る信号の波形を示す波形図である。
【図３】 インバータからモータに出力される信号の波
形を示す波形図である。
【図４Ａ】 コントローラがインバータの出力電圧を高
める場合、インバータを制御するためのＰＷＭ信号を示
す波形図である。
【図４Ｂ】 コントローラがインバータの出力電圧を低
める場合、インバータを制御するためのＰＷＭ信号を示
す波形図である。
【図５】 本発明の一実施形態による単相インバータの
低速リップル電流抑制方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０…単相電源 ２０…整流部 ３０…平滑部 ４０…インバータ ５０…モータ ６０…コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朴 敏鉉 大韓民国江原道春川市退溪洞（番地なし) 漢城アパート108−602 Ｆターム(参考） 5H007 AA07 BB06 CA01 CB02 CB05 CC01 CC07 DA05 DB01 DC02 EA02 5H576 BB04 CC05 DD02 EE11 HA02 HB02 LL22

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータへの低速リップル電流を抑制する
    装置において、 単相交流電源を供給する電源部と、 前記単相交流電源を整流及び平滑化し、これを示す直流
    電圧を出力する整流及び平滑部と、 前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電
    流に変換するインバータと、 前記モータ駆動電流のリップル電流から検出された包絡
    線と前記リップル電流から抽出された直流成分とを比較
    し、その比較結果を発生し、その比較結果に応じてイン
    バータから出力電圧を制御するコントローラとを含むこ
    とを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記コントローラは、前記モータの駆動
    周波数と前記単相交流電源の周波数の差が所定値以内で
    あるときに発生する低速リップル電流を抑制するため、
    インバータからの出力電圧を制御することを特徴とする
    請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記コントローラは、前記リップル電流
    の包絡線が直流成分より大きい場合、インバータの出力
    電圧を低め、前記コントローラは、前記リップル電流の
    包絡線が直流成分より小さい場合、インバータの出力電
    圧を高めることを特徴とする請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 モータの駆動時に発生する低速リップル
    電流を抑制する方法において、 単相インバータからモータ駆動電流をモータへ出力する
    段階と、 現在の区間がモータ駆動電流から低速リップル電流が発
    生する区間であるかを判断する段階と、 前記低速リップル電流から包絡線を検出する段階と、 現在の区間が低速リップル電流の発生する区間である場
    合、その低速リップル電流から直流成分を抽出する段階
    と、 前記検出された包絡線と抽出された直流成分とを比較
    し、その比較結果を発生する段階と、 前記比較結果に応じてインバータの出力電圧を制御する
    段階とを含むことを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 前記判断する段階は、モータの駆動周波
    数と単相交流電源の周波数との差が所定値以内にあると
    き、現在の区間が低速リップル電流の発生する区間であ
    ると判断される場合に行われることを特徴とする請求項
    ４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記インバータの出力電圧の制御段階
    は、リップル電流の包絡線が直流成分より大きい場合に
    は出力電圧を低め、リップル電流の包絡線が直流成分よ
    り小さい場合には出力電圧を高めることを特徴とする請
    求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】 モータへの低速リップル電流を抑制する
    方法において、 単相交流電源を供給する段階と、 前記断層供給電源を整流及び平滑化し、それを示す直流
    電圧を出力する段階と、 前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電
    流に変換する段階と、モータ駆動電流のリップル電流か
    ら検出された包絡線とリップル電流から抽出された直流
    成分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、 前記比較結果に応じてインバータからの出力電圧を制御
    する段階とを含むことを特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 前記出力電圧の制御段階は、前記モータ
    の駆動周波数と前記単相交流電源の周波数との差が所定
    値以内であるときに発生する低速リップル電流を抑制す
    ることからなることを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記出力電圧の制御段階は、前記リップ
    ル電流の包絡線が直流成分より大きい場合、出力電圧を
    低め、前記リップル電流の包絡線が直流成分より小さい
    場合、出力電圧を高めることを特徴とする請求項７記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 モータへの低速リップル電流を抑制す
    る装置において、 モータ駆動電流をモータに提供するインバータと、 前記モータ駆動電流の低速リップル電流の包絡線を検出
    し、前記リップル電流から直流成分を抽出し、前記検出
    された包絡線と前記抽出された直流成分とを比較して、
    インバータからの出力電圧を高めるか又は低めるかを判
    断し、これを示す制御信号を前記インバータに出力して
    低速リップル電流を抑制するコントローラとを含むこと
    を特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 前記検出された包絡線が前記抽出され
    た直流成分より大きい場合、前記コントローラは前記イ
    ンバータからの出力電圧を低めるために制御信号を出力
    し、前記抽出された直流成分が前記検出された包絡線よ
    り大きい場合、前記コントローラはインバータからモー
    タへの出力電圧を高めるために制御信号を出力すること
    を特徴とする請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記検出された包絡線が前記抽出され
    た直流成分より大きい場合、前記コントローラはインバ
    ータからの出力電圧“Ｖｂ”を目標電圧“Ｖｆ”に低め
    るために制御信号をインバータに印加することを特徴と
    する請求項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記制御信号は、前記検出された包絡
    線が前記抽出された直流成分より大きい場合、以前周期
    （Ｔｎ−１）に比べパルス幅が減少したＰＷＭ信号から
    なることを特徴とする請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記検出された包絡線が前記抽出され
    た直流成分より小さい場合、インバータからの出力電圧
    “Ｖｂ”を目標電圧“Ｖｆ”に高めるために制御信号を
    インバータに印加することを特徴とする請求項１０記載
    の装置。
  15. 【請求項１５】 前記制御信号は、前記検出された包絡
    線が前記抽出された直流成分より小さい場合、以前周期
    （Ｔｎ−１）に比べパルス幅が減少したＰＷＭ信号から
    なることを特徴とする請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 モータを駆動する単相インバータの低
    速リップル電流を抑制する方法において、 単相交流電源を供給する段階と、 前記単相交流電源から直流電圧を発生させる段階と、 モータを駆動するために前記直流電圧からモータ駆動電
    流を発生させる段階と、 前記モータ駆動電流の現在区間が低速リップル電流の発
    生する区間であるかを判断する段階と、 現在区間が低速リップル電流の発生する区間である場
    合、低速リップル電流の包絡線を検出する段階と、 前記インバータの出力電流から直流成分を抽出する段階
    と、 前記抽出された直流成分と前記検出された包絡線とを比
    較して、インバータの出力電圧を高めるか低めるかを判
    断する段階と、 前記出力電圧を高めるか低めるかに応じて信号をインバ
    ータに出力して低速リップル電流を抑制する段階とを含
    むことを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 前記現在区間は、前記モータの駆動周
    波数と単相交流電源の周波数との差が所定値以内にある
    ときに低速リップル電流が発生する区間であると判断さ
    れることを特徴とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記現在区間は、前記判断結果に応じ
    る低速リップル電流発生区間でない場合、前記モータ駆
    動動作が連続して行われることを特徴とする請求項１６
    記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記出力電圧を高めるか低めるかに応
    じる信号はパルス幅に応じて出力信号“Ｖｂ”を調整し
    得るＰＷＭ信号であり、前記出力電圧“Ｖｂ”は各周期
    でのＰＷＭ信号の変化に応じて変化することを特徴とす
    る請求項１６記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記方法は、 前記モータ駆動電流からモータ駆動周波数を検出する段
    階と、 前記単相交流電源の周波数を検出する段階と、 現在区間が、前記モータ駆動周波数が前記単相交流電源
    に到達するときに低速リップル電流が発生する区間であ
    るかを判断する段階とをさらに含むことを特徴とする請
    求項１６記載の方法。
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