JP2005295743A - Ｐｗｍ制御インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの低速回転時の回転精度を向上することができるＰＷＭ制御インバータ装置を得る。
【解決手段】 インバータ部５から出力される出力電圧ＶOを電圧検出器６で、抵抗分圧して低電圧パルスＶOFBに変換し、この低電圧パルスＶOFBを比較器７で入力バッファの閾値と比較し、H信号またはL信号とする。比較器７から出力されるH信号の区間をＯＮ時間カウンタ８でカウントして、出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを計測する。上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’からＯＮ時間カウンタ８でカウントされた実際の出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを減算して求めたＯＮ時間偏差ΔＴONを、ＰＷＭ信号ＴONに加算し、指令ＯＮ時間ＴON’を求める。デットタイム付加回路３でこの指令ＯＮ時間ＴON’に上下短絡防止時間を補正して、インバータ部５を構成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータを可変速駆動するＰＷＭ制御インバータ装置に関する。

ＰＷＭ（パルス幅変調）制御インバータ装置は、指令速度から演算された正弦波の電圧指令と変調信号である三角波とを比較し、生成したＰＷＭ信号に基づき、インバータ部を構成しているＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子をオン／オフ制御することにより、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力に変換し、モータを可変速駆動するものである。

直流電源の直流電力を交流電力に変換するインバータ部は、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個直列（上アーム、下アーム）にして１相分が構成され、直流電源に接続される。
スイッチング素子をオン状態からオフ状態に移行するにおいては時間遅れが存在する。このため、１相分を構成する直列接続された２個のアーム（上アーム、下アーム）のスイッチング素子が同時にオンして直流電源が短絡することを防止するために、上下アームのスイッチング素子の切り替え時に、上下アームのスイッチング素子が共にオフする短絡防止時間Ｔｄを挿入している。

ＰＷＭ制御に短絡防止時間Ｔｄを設けた場合、負荷電流の方向が正の時（極性が正の時）は出力電圧が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）は出力電圧が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り、インバータ装置の出力交流電圧波形は歪んだ波形となる。

相電圧を検出して上下スイッチング素子が同時に非導通状態になる時間（短絡防止時間Ｔｄ）による影響を補正するインバータ装置として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１は、電流制限抵抗とフォトカプラとで構成されインバータ装置が実際に出力する出力相電圧を検出する検出回路と、検出信号（出力相電圧）と理想相電圧との時間差を検出し、実際の出力相電圧が理想相電圧に近くなるように補正信号を出力するＴｄ補正回路と、補正信号に短絡防止時間Ｔｄを挿入するとともに、スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチング信号を出力するＴｄ生成回路と、スイッチング信号を基にスイッチング素子を駆動するベース駆動回路とを備え、理想的な短絡防止時間と実際の短絡防止時間との間の誤差を少なくするように制御するものである。

特開平９−１４０１６０号公報（図１０）

特許文献１に記載のインバータ装置においては、インバータ装置が実際に出力する出力相電圧を検出する検出回路を電流制限抵抗とフォトカプラとで構成し、出力相電圧が高レベルの時に電流制限抵抗を通じてフォトカプラの１次側発光ダイオードに電流が流れて２次側トランジスタをＯＮさせることにより、出力相電圧を検出しているので、フォトカプラの時間遅れが生じるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、インバータ装置が実際に出力する出力相電圧を時間遅れなく検出することにより、モータの低速回転時の回転精度を向上することができるＰＷＭ制御インバータ装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係るＰＷＭ制御インバータ装置は、指令電圧に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、このＰＷＭ信号とＯＮ時間偏差とを加算し、指令ＯＮ時間を出力する加算器と、この指令ＯＮ時間を基に短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間を出力するデッドタイム付加回路と、上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子を有し、前記短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間で、前記上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御することにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、このインバータ部から出力される出力電圧を抵抗分圧して低電圧パルスに変換する電圧検出器と、この低電圧パルスが入力バッファの閾値よりも大きい場合にＨ信号を出力する比較器と、このＨ信号をカウントし出力電圧のＯＮ時間を計測するＯＮ時間カウンタと、前記指令ＯＮ時間から前記出力電圧のＯＮ時間を減算し、前記ＯＮ時間偏差を求める減算器と、を備えたものである。

この発明のＰＷＭ制御インバータ装置は、指令ＯＮ時間とインバータ部から出力される出力電圧を検出して求めた実際の出力電圧のＯＮ時間との偏差を、指令電圧に基づき生成されたＰＷＭ信号に加算して指令ＯＮ時間を求めるようにしたので、インバータが実際に出力する出力相電圧を時間遅れなく検出することができ、モータの低速回転時の回転ムラを少なくすることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るＰＷＭ制御インバータ装置の回路構成を示す図で、３相出力の内の１相分を示したものである。図１において、指令電圧に基づきＰＷＭ信号生成回路１は、後述のインバータ部５を構成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御するＰＷＭ信号ＴONを生成する。加算器２で、ＰＷＭ信号ＴONと後述の減算器９で求めたＯＮ時間偏差ΔＴONとを加算し、指令ＯＮ時間ＴON’を求める。
デットタイム付加回路３は、上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’、およびＮＯＴ回路４で上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’を反転して求めた下アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間を入力し、上下短絡防止時間分増減された出力電圧のＯＮ時間を補正して、インバータ部５を構成する上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御する。

電圧検出器６で、インバータ部５から出力される出力電圧ＶOを、抵抗分圧して低電圧パルスＶOFBに変換する。この低電圧パルスＶOFBを比較器７で入力バッファの閾値と比較し、Ｈ信号またはＬ信号とする。比較器７から出力されるＨ信号の区間を、ＯＮ時間カウンタ８でカウントすることにより、出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを計測する。減算器９で、上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’からＯＮ時間カウンタ８でカウントされた実際の出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを減算してＯＮ時間偏差ΔＴONを求める。

実施の形態１に係るＰＷＭ制御インバータ装置においては、インバータ部５から出力される出力電圧ＶOを電圧検出器６で抵抗分圧して変換して求めた低電圧パルスＶOFBを使用して実際の出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを求めるようにしたので、インバータが実際に出力する出力相電圧を時間遅れなく検出することができ、モータの低速回転時の回転ムラを少なくすることができる。

実施の形態２．
図２は、インバータ部５から出力される出力電圧ＶO、および電圧検出器６で出力電圧ＶOを抵抗分圧して変換した低電圧パルスＶOFBおよび出力電圧のＯＮ時間ＴONFBの波形を示す図である。
電圧検出器６においては、高電圧である出力電圧ＶOを低電圧の入力バッファの入力電圧範囲に合わせるため、直列抵抗の分圧比は数百分の1程度に小さくする必要があり、また電力損失を小さくするために、電圧検出器６を構成する直列抵抗は数百kΩから数ＭΩの高抵抗値となる。このため、配線パターンや入力バッファの浮遊容量と一次遅れ回路を形成してしまい、低電圧パルスＶOFBは図２に示すように出力電圧ＶOに比べて鈍ったパルスとなる。
また、ＯＮ時の出力電圧ＶOは直流母線電圧ＶDCに等しいため、直流母線電圧ＶDCの変動があった場合には、低電圧パルスＶOFB の電圧値は図２（ｂ）に示すように変化する。低電圧パルスＶOFBを比較する比較器７の入力バッファの閾値は一定であるため、比較器７から出力されるH信号の区間が図２（ｂ）に示すように異なり、結果としてＯＮ時間カウンタ８でカウントする出力電圧のＯＮ時間ＴONFB が直流母線電圧ＶDCの変動によって図２（ｃ）に示すように変化してしまうことになる。

上述のように指令電圧が一定であっても、直流母線電圧ＶDCの変動によってＯＮ時間カウンタ８でカウントする出力電圧のＯＮ時間ＴONFBが変動するので、補正量が直流母線電圧ＶDCの値によって変動することになる。

図３はこの発明の実施の形態２に係るＰＷＭ制御インバータ装置の回路構成を示す図で、３相出力の内の１相分を示したものである。図３において、１〜８は図１と同様であり、その説明を省略する。
実施の形態２は、実施の形態１に係るＰＷＭ制御インバータ装置に、直流電源Ｐ，Ｎの直流母線電圧ＶDCを抵抗分圧する直流母線電圧検出器１０と、直流母線電圧ＶDCの変化によって生じた誤差分のカウント値を算出する直流母線電圧補償回路１１と、を追加するとともに、実施の形態１に係るＰＷＭ制御インバータ装置において上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’からＯＮ時間カウンタ８でカウントされた実際の出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを減算してＯＮ時間偏差ΔＴONを求める減算器９を、加減算器１４に置き換えたものである。

直流母線電圧補償回路１１は、直流母線電圧検出器１０で抵抗分圧した直流電源Ｐ，Ｎの直流母線電圧ＶDCを、Ａ／Ｄ変換部１２でＡ／Ｄ変換し、補償変換部１３でＡ／Ｄ変換値を補償量に変換することにより、直流母線電圧ＶDCの変化によって生じた誤差分のカウント値を算出する。また、加減算器１４は、上アーム側スイッチング素子への指令ＯＮ時間ＴON’からＯＮ時間カウンタ８でカウントされた実際の出力電圧のＯＮ時間ＴONFBを減算してＯＮ時間偏差ΔＴONを求める減算器９に、直流母線電圧補償回路１１の出力を加算するようにしたものである。

実施の形態２に係るＰＷＭ制御インバータ装置は、直流母線電圧補償回路１１により直流母線電圧の変化によって生じた誤差分のカウント値を補償するようにしたので、直流母線電圧ＶDCの変動があっても出力電圧の検出精度が向上し、モータの回転精度を向上することができる。

この発明のＰＷＭ制御インバータ装置は、モータの低速回転時の回転精度を向上することができるので、モータを低速回転で運転する用途に適用できる。

この発明の実施の形態１に係るＰＷＭ制御インバータ装置の回路構成を示す図である。 インバータ部５から出力される出力電圧ＶO、および電圧検出器６で出力電圧ＶOを抵抗分圧して変換した低電圧パルスＶOFBおよび出力電圧のＯＮ時間ＴONFBの波形を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るＰＷＭ制御インバータ装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１ ＰＷＭ信号生成回路、 ２ 加算器、 ３ デットタイム付加回路、 ４ ＮＯＴ回路、 ５ インバータ部、 ６ 電圧検出器、 ７ 比較器、 ８ ＯＮ時間カウンタ、 ９ 減算器、 １０ 直流母線電圧検出器、 １１ 直流母線電圧補償回路、 １２ Ａ／Ｄ変換部、 １３ 補償変換部、 １４ 加減算器、ＴON ＰＷＭ信号、 ΔＴON ＯＮ時間偏差、 ＴON’ 指令ＯＮ時間、 ＴONFB 出力電圧のＯＮ時間、 Ｐ，Ｎ 直流電源、 ＶO 出力電圧、 ＶOFB 低電圧パルス、 ＶDC 直流母線電圧。

Claims (2)

1. 指令電圧に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
   このＰＷＭ信号とＯＮ時間偏差とを加算し、指令ＯＮ時間を出力する加算器と、
   この指令ＯＮ時間を基に短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間を出力するデッドタイム付加回路と、
   上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子を有し、前記短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間で、前記上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御することにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
   このインバータ部から出力される出力電圧を抵抗分圧して低電圧パルスに変換する電圧検出器と、
   この低電圧パルスが入力バッファの閾値よりも大きい場合にＨ信号を出力する比較器と、
   このＨ信号をカウントし出力電圧のＯＮ時間を計測するＯＮ時間カウンタと、
   前記指令ＯＮ時間から前記出力電圧のＯＮ時間を減算し、前記ＯＮ時間偏差を求める減算器と、を備えたＰＷＭ制御インバータ装置。
2. 指令電圧に基づきＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路と、
   このＰＷＭ信号とＯＮ時間偏差とを加算し、指令ＯＮ時間を出力する加算器と、
   この指令ＯＮ時間を基に短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間を出力するデッドタイム付加回路と、
   上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子を有し、前記短絡防止時間を付加した指令ＯＮ時間で、前記上アーム側スイッチング素子および下アーム側スイッチング素子をオン／オフ制御することにより、直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
   このインバータ部から出力される出力電圧を抵抗分圧して低電圧パルスに変換する電圧検出器と、
   この低電圧パルスが入力バッファの閾値よりも大きい場合にＨ信号を出力する比較器と、
   このＨ信号をカウントし出力電圧のＯＮ時間を計測するＯＮ時間カウンタと、
   前記直流電圧の直流母線電圧を抵抗分圧する直流母線電圧検出器と、
   この直流母線電圧検出器で検出した直流母線電圧検出値を補償量に変換する直流母線電圧補償回路と、
   前記指令ＯＮ時間と前記出力電圧のＯＮ時間との偏差に、前記直流母線電圧補償回路出演算した補償量を加算して前記ＯＮ時間偏差を求める加減算器と、を備えたＰＷＭ制御インバータ装置。

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