JP2006203963A - モータ駆動用インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量・低コスト化を実現しつつ、交流電源電流の高調波規制も満足するモータ駆動用インバータ制御装置を提供すること。
【解決手段】極めて小容量のリアクタ１１とインバータ３の直流母線間には極めて小容量のコンデンサ１２が設けられたモータ駆動用インバータで、入力電流誤差演算手段２１で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、電圧指令値に加算するモータ電圧指令補正手段１７を備えることによって、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置においても、交流電源電流の高調波規制に対応できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置に関するものである。

汎用インバータなどで用いられている一般的なモータ駆動用インバータ制御装置として、図１１に示すようなモータ駆動用インバータ制御装置がよく知られている。

図１１において、主回路は直流電源装置１１３と、インバータ３とモータ４とから構成されており、直流電源装置１１３については、交流電源１と、整流回路２と、インバータ３の直流電圧源のために電気エネルギーを蓄積する平滑コンデンサ１１２と、交流電源１の力率改善用リアクタ１１１から構成されている。

一方、制御回路では、モータ４の速度指令 に基づいてモータ４の電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、モータ電圧作成手段１４から作成された電圧指令値に基づいてインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。

ここで、交流電源１が２２０Ｖ（交流電源周波数５０Ｈｚ）、インバータ３の入力が１．５ｋＷ、平滑コンデンサ１１２が１５００μＦのとき、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨおよび２０ｍＨの場合における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を図１２に示す。図１２はＩＥＣ（国際電気標準会議）規格と併せて示したもので、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨの場合には特に第３高調波成分がＩＥＣ規格のそれを大きく上回っているが、２０ｍＨの場合には４０次までの高調波成分においてＩＥＣ規格をクリアしていることがわかる。

そのため特に高負荷時においてもＩＥＣ規格をクリアするためには力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値をさらに大きくするなどの対策を取る必要があり、インバータ装置の大型化や重量増加、さらにはコストＵＰを招くという不都合があった。

そこで、力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値の増加を抑え、電源高調波成分の低減と高力率化を達成する直流電源装置として、例えば図１３に示すような特許文献１に記載されている直流電源装置が提案されている。

図１３において、交流電源１の交流電源電圧を、ダイオードＤ１〜Ｄ４をブリッジ接続してなる全波整流回路の交流入力端子に印加し、その出力をリアクトルＬｉｎを介して中間コンデンサＣに充電し、この中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電して、負荷抵抗ＲＬに直流電圧を供給する。この場合、リアクトルＬｉｎの負荷側と中間コンデンサＣを接続する正負の直流電流経路にトランジスタＱ１を接続し、このトランジスタＱ１をベース駆動回路Ｇ１で駆動する構成となっている。

また、ベース駆動回路Ｇ１にパルス電圧を印加するパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２と、ダミー抵抗Ｒｄｍとをさらに備えており、パルス発生回路Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ交流電源電圧のゼロクロス点を検出する回路と、ゼロクロス点の検出から交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧と等しくなるまでダミー抵抗Ｒｄｍにパルス電流を流すパルス電流回路とで構成されている。

ここで、パルス発生回路Ｉ１は交流電源電圧の半サイクルの前半にてパルス電圧を発生
させ、パルス発生Ｉ２は交流電源電圧の半サイクルの後半にてパルス電圧を発生させるようになっている。

なお、トランジスタＱ１をオン状態にしてリアクトルＬｉｎに強制的に電流を流す場合、中間コンデンサＣの電荷がトランジスタＱ１を通して放電することのないように逆流防止用ダイオードＤ５が接続され、さらに、中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電する経路に、逆流防止用ダイオードＤ６と、平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃが直列に接続されている。

上記の構成によって、交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧を超えない位相区間の一部または全部においてトランジスタＱ１をオン状態にすることによって、装置の大型化を抑えたままで、高調波成分の低減と高力率化を達成することができる。
特開平９−２６６６７４号公報 インバータドライブハンドブック編集委員会編「インバータドライブハンドブック」日刊工業新聞社出版、１９９５年初版

しかしながら、上記従来の構成では、容量の大きな平滑用コンデンサＣＤとリアクトルＬｉｎ（特許文献１では１５００μＦ、６．２ｍＨ時のシミュレーション結果について記載されている）とを依然として有したままであり、さらに中間コンデンサＣとトランジスタＱ１とベース駆動回路Ｇ１とパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２とダミー抵抗Ｒｄｍと逆流防止用ダイオードＤ５、Ｄ６と平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃとを具備することで、装置の大型化や部品点数の増加に伴なうコストＵＰを招くという課題を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで、小型・軽量・低コストで、交流電源電流の高調波成分を抑制することができるモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続された小容量のリアクタからなる整流回路と、前記インバータの直流母線間に設けられた小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータと、モータとから構成され、前記モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段と、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータの電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記交流電源から流れ込む入力電流の目標値を作成する目標入力電流作成手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号のデューティと前記モータ相電流検出手段より得られるモータ相電流とに基づいて前記交流電源から流れ込む入力電流値を導出する入力電流推測手段と、前記目標入力電流作成手段で作成される入力電流の目標値と前記入力電流推測手段で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段と、前記入力電流誤差演算手段で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、前記モータ電圧指令作成手段から得られる電圧指令値に加算する入力電流誤差解消電圧作成手段とを備えたものである。

上記の構成によって、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでモータの駆動を維持することが可能となり
、さらに交流電源電流の高調波成分を抑制することができ、システムの信頼性向上が図れるという効果を奏する。

本発明によれば、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで、小型・軽量・低コストで、交流電源電流の高調波成分を抑制することができるモータ駆動用インバータ制御装置を提供できる。

第１の発明は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続された小容量のリアクタからなる整流回路と、前記インバータの直流母線間に設けられた小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータと、モータとから構成され、前記モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段と、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータの電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記交流電源から流れ込む入力電流の目標値を作成する目標入力電流作成手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号のデューティと前記モータ相電流検出手段より得られるモータ相電流とに基づいて前記交流電源から流れ込む入力電流値を導出する入力電流推測手段と、前記目標入力電流作成手段で作成される入力電流の目標値と前記入力電流推測手段で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段と、前記入力電流誤差演算手段で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、前記モータ電圧指令作成手段から得られる電圧指令値に加算する入力電流誤差解消電圧作成手段とを備えたモータ駆動用インバータ制御装置である。

上記の構成によって、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでモータの駆動を維持することが可能となり、さらに交流電源電流の高調波成分を抑制することができ、システムの信頼性向上が図れるという効果を奏する。

第２の発明は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続された小容量のリアクタからなる整流回路と、前記インバータの直流母線間に設けられた小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータと、モータとから構成され、前記インバータの直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段と、前記モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段と、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータの電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、予め設定された前記インバータの直流電圧基準値と前記ＰＮ電圧検出手段から得られる前記インバータの直流電圧検出値との比較からＰＮ電圧補正係数を導出するＰＮ電圧補正手段と、前記モータ電圧指令作成手段から得られる電圧指令値と前記ＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段と、前記交流電源から流れ込む入力電流の目標値を作成する目標入力電流作成手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号のデューティと前記モータ相電流検出手段より得られるモータ相電流とに基づいて前記交流電源から流れ込む入力電流値を導出する入力電流推測手段と、前記目標入力電流作成手段で作成される入力電流の目標値と前記入力電流推測手段で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段と、前記入力電流誤差演算手段で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、前記モータ電圧指令補正手段から得られる電圧指令補正値に加算
する入力電流誤差解消電圧作成手段とを備えたモータ駆動用インバータ制御装置で、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能であり、さらに、交流電源電流の高調波成分を抑制することができる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、入力電流誤差解消電圧作成手段での入力電流誤差解消成分の演算には、ＰＩ制御を用いることを特徴とするものであり、入力電流推測手段で導出される入力電流値においてノイズ成分が含まれていたとしても安定した、目標値に対して残留偏差のない入力電流を流すことができる。

第４の発明は、特に、第３の発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、入力電流誤差解消電圧作成手段での入力電流誤差解消成分の演算に用いたＰＩ制御では、比例ゲインと積分ゲインの少なくともどちらか一方において、前記ゲインを変更できる構成としたものであり、モータの種類や回転数、負荷状況などが変化した場合においても入力電流の発振を防止することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を、交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するものであり、交流電源電流の高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格をクリアすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図１に示す。

図１において、主回路は交流電源１と、交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジ２と、２ｍＨ以下の小容量リアクタ１１と、０．４μＦ以上で１００μＦ以下の小容量コンデンサ１２と、直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、インバータ３により変換された交流電力により駆動するモータ４から構成されている。

一方、制御回路では、モータ４の速度指令ω*に基づいてモータ４の電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、インバータ３の直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段１５と、モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段１３と、予め設定されたインバータ３の直流電圧基準値をＰＮ電圧検出手段１５から得られるインバータ３の直流電圧検出値で除算することによりＰＮ電圧補正係数を導出し、直流電圧検出値が０以下の場合には、ＰＮ電圧補正係数に予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値を設定するＰＮ電圧補正手段１６と、モータ電圧指令作成手段１４から得られる電圧指令値とＰＮ電圧補正手段１６の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段１７と、目標入力電流作成手段２２で作成される入力電流の目標値と入力電流推測手段２０で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段２１と、入力電流誤差演算手段２１で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、モータ電圧指令補正手段から得られる電圧指令補正値に加算する入力電流誤差解消電圧作成手段１９と、入力電流誤差解消電圧作成手段１９から作成された
入力電流誤差解消電圧がモータ４に印加されるようなインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。

以下では、具体的な方法について説明する。

モータ電圧指令作成手段１４では（式１）で表される演算により電圧指令値値ｖ_u*、ｖ_v*、ｖ_W*を作成する。

（１）
ここで、Ｖmはモータ電圧値であり、θ₁は（式２）で表されるように速度指令ω*を時間積分することで導出する。

（２）
また、図２は本発明に係るＰＮ電圧補正手段１６の第１の実施例を示した図で、ＰＮ電圧補正手段１６では予め設定されたインバータ３の直流電圧基準値Ｖ_pn0とＰＮ電圧検出手段１５から得られるインバータ３の直流電圧検出値ｖpnを用いて（式３）のようにＰＮ電圧補正係数ｋpnを導出する。

（３）
ここで、本発明では小容量コンデンサを用いているため、直流電圧検出値ｖpnが０となる場合が生じるので、０割防止のための微小項δ₀を設定しておく必要がある。なお、（式３）の微小項δ₀の代わりに、直流電圧検出値ｖpnが０以下の場合においてＰＮ電圧補正係数ｋpnに予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値を設定することでゼロ割防止を図ることができる。即ち、（式４）のようにＰＮ電圧補正係数ｋpnを導出しても良い。

（４）
ここで、ｋ_pn-maxは予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値である。また、モータ電圧指令補正手段１７では電圧指令値ｖ_u*、ｖ_v*、ｖ_W*とＰＮ電圧補正係数ｋpnを用いて（式５）のようにモータ電圧指令補正値ｖ_uhl*、ｖ_vhl*、ｖ_Whl*を導出する。

（５）
以上により、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能となる。

図３は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第１の動作結果であるが、本発明におけるコンデンサ１２は、極めて容量の小さいものを用いているためインバータ直流電圧は交流電源周波数ｆｓ（＝５０Ｈｚ）の２倍の周波数で大きく脈動している様子がわかる。また交流電源電流に関しては、コンデンサ１２が小容量で充放電時間が極めて短いため電流休止期間がほとんどなく、高力率を実現している。

図４は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第２の動作結果であり、交流電源周波数が５０Ｈｚにおいて、６極の３相モータを４０Ｈｚ駆動したときの波形を示す。ここで交流電源電流に関してさらに詳しく観測すると、インバータのキャリア成分よりも大きい周期Ｔの脈動が現れているのが分かる。

この脈動の周波数は７２０Ｈｚで、モータの相数と極数と回転数の積、すなわち、３（相）×６（極）×４０（Ｈｚ）で求まるのであるが、これについて、インバータ３の母線に流れる電流を模式的に表した図５を用いて説明する。インバータ３はＰＷＭ制御されるが、そのＰＷＭ制御によってモータ電流がほぼ正弦波状に流れていたとすると、インバータ母線にはスイッチング動作に同期してモータの電流が、図５の実線ような波形でパルス状に現れる。

３相モータを例えば２相変調方式で駆動する場合には、図６に示すように電気角１周期
中に６個のスイッチングパターンが存在し、そのスイッチングパターン毎にインバータ母線に現れるモータの相電流が切り替わることになる。

図５では、そのスイッチングパターンの切り替わりタイミングを矢印で示したが、このタイミング毎にインバータ母線に流れるモータ電流の相が変化するとともに、その電流量（モータ電流２相分の総和：図５の破線）も減少しているのが分かる。この電流量の減少はスイッチングパターンの切り替わり毎に起こるので電気角１周期にはモータ相数の２倍の回数、３相モータの場合６回発生することになる。さらに、機械角ではモータ極数の１／２の周期で１回転することから、６極モータの場合、電気角３周期で１回転となる。すなわち、機械角１周期中にこの電流量の減少は（モータの相数×２）×（極数／２）回発生し、電流波形の脈動としては式を簡略化し（モータの相数）×（極数）×（回転数）で表される周波数のものとなる。

本発明のモータ駆動用インバータ制御装置においては、極めて小容量のリアクタとコンデンサを用いていることから、上述してきた電流の脈動が交流電源電流に現れやすくなっているのである。

次に、交流電源電流の高調波規制について考える。

高調波電流とは、交流電源の正弦波波形の整数倍の周波数成分を持つ電流のことを示すが、エレクトロニクス機器においては、その高調波電流に対して規制値が設けられている。これまで説明してきた交流電源電流の脈動が、交流電源の正弦波波形の整数倍の周波数となれば規制値を満足できない可能性がでてくる。そこで、入力電流誤差演算手段２１を設けて目標入力電流作成手段２２で作成される入力電流の目標値と入力電流推測手段２０で導出される入力電流値との誤差を導出し、入力電流誤差解消電圧作成手段１９では、この入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分をモータ電圧指令補正手段から得られる電圧指令補正値に加算することで交流電源電流に現れていた脈動を打ち消すようにした。

図７は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第３の動作結果である。波形については、上側が交流電源電流で下側が入力電流推測手段２０で導出された入力電流値を示している。入力電流推測手段２０で導出された入力電流値が、実際に流れている交流電源電流をおおよそ再現できているのが分かる。この交流電源電流の再現を行う、入力電流推測手段２０の動作について以下に詳しく説明する。

図６では、３相モータを例えば２相変調方式で駆動する場合における電気角１周期中に存在する６個のスイッチングパターンを示したが、このうち、パターン１におけるキャリア１周期分のインバータ３の母線に流れる電流について考える。

パターン１では、インバータ３のスイッチング状態が図８に示す３つの場合に分けられ、第一のタイミングでは、インバータ３の上アーム素子が全てオフ状態で下アーム素子のみがオン状態（図中、丸で囲んだ素子がオン状態）である場合で、この時はインバータ３とモータ４の間で電流が還流し、母線には流れない。

第二のタイミングでは、インバータ３の上アーム素子のうちＷ相の素子のみがオン状態になる場合で、この時は母線にＷ相の電流が流れる。第三のタイミングでは、インバータ３の上アーム素子のうちＵ相とＷ相の素子がオン状態になる場合で、この時は母線にＶ相の電流が流れる。

入力電流推測手段２０では、まず、ＰＷＭ制御手段１８で生成されたＰＷＭ信号のデューティの情報から上述した第二のタイミングと第三のタイミングにおいて、それぞれモー
タ相電流検出手段１３からインバータ３の母線に流れるであろう電流値（パターン１の場合はＷ相の電流とＶ相の電流）の情報を取得する。

次に、ＰＷＭ制御手段１８で生成されたＰＷＭ信号のデューティの情報から上述した第二のタイミングと第三のタイミングそれぞれの１キャリア周期に対する時間比率を算出し、第二のタイミングに母線に流れるであろう電流値と第二のタイミングの時間比率の積と、第三のタイミングに母線に流れるであろう電流値と第三のタイミングの時間比率の積とを加算した結果を１キャリア内におけるインバータ３の母線に流れる電流値とする。

本発明のモータ駆動用インバータ制御装置においては、極めて小容量のリアクタとコンデンサを用いていることから、上述の演算で求まる１キャリア内での母線に流れる電流値が、ほぼそのまま交流電源から流れ込む入力電流値として置き換えることができるのである。

つづいて、入力電流誤差演算手段２１においては、上述してきた入力電流推測手段２０で導出された入力電流値から目標入力電流作成手段２２で作成される入力電流の目標値を減算し、入力電流誤差解消電圧作成手段１９へ結果を出力する。入力電流誤差解消電圧作成手段１９では、入力電流誤差演算手段２１で演算された入力電流誤差の極性を反転させ、さらに所定の係数を乗算することで入力電流誤差解消成分を求め、モータ電圧指令補正手段から得られる電圧指令補正値に加算することで、交流電源電流の（モータの相数）×（極数）×（回転数）で表される高調波成分を抑制するようにした。

図９は、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置の第４の動作結果である。波形については、上側が交流電源電流で下側が入力電流誤差解消電圧作成手段１９で求められた入力電流誤差解消成分を示している。交流電源電流の脈動において、その値が大なるタイミングでは入力電流誤差解消成分が小に、入力電流値が小なるタイミングでは入力電流誤差解消成分が大となるように演算されており、これによって交流電源電流波形の高調波成分を抑制できるのである。

なお、入力電流誤差解消電圧作成手段１９においては、入力電流誤差演算手段２１で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、モータ電圧指令作成手段１４から得られる電圧指令値に加算するという図１０のようなシステム構成としてもよい。

また、上記モータ駆動用インバータ制御装置において、入力電流誤差解消電圧作成手段１９での入力電流誤差解消成分の演算には、ＰＩ制御を用いてもよい。

入力電流誤差解消成分の演算に積分演算を加えることにより、入力電流推測手段２０で導出される入力電流値においてノイズ成分が含まれていたとしても安定した、目標値に対して残留偏差のない入力電流を流すことが可能となる。

また、入力電流誤差解消電圧作成手段１９での入力電流誤差解消成分の演算に用いたＰＩ制御では、比例ゲインと積分ゲインの少なくともどちらか一方において、前記ゲインを変更できる構成とすることで、モータの種類や回転数、負荷状況などの変化に適応でき、発振現象を防止した常に適正な入力電流を流すことが可能となる。

ここで、小容量コンデンサおよび小容量リアクタの仕様決定に関する具体的な方法について以下に説明する。

本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源電流の高調波成分を抑制して
ＩＥＣ規格をクリアするために、小容量コンデンサと小容量リアクタとの共振周波数ｆ_LC（ＬＣ共振周波数）を交流電源周波数ｆｓの４０倍よりも大きくなるように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定する。

ここで、小容量コンデンサの容量をＣ［Ｆ］、小容量リアクタのインダクタンス値をＬ［Ｈ］とすると、ＬＣ共振周波数ｆ_LCは（式６）のように表される。

（６）
即ち、ｆ_LC＞４０ｆｓを満たすように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定するものである。（ＩＥＣ規格では交流電源電流の高調波成分において第４０次高調波まで規定されているため）
以上により、小容量コンデンサおよび小容量リアクタの組み合わせを決定することで、交流電源電流の高調波成分を抑制して、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能となる。
なお、実施の形態１や実施の形態２で説明した本発明は、インバータ回路を使用してモータを駆動するモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータ回路を搭載した空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、モータ駆動用インバータ装置を小型化、軽量化することで、製品の設計の自由度が向上し、安価な製品を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御装置は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでモータの駆動を維持することが可能となり、さらに交流電源電流の高調波成分を抑制することができ、システムの信頼性向上が図れるため、空気調和機における圧縮機駆動モータなどのようにパルスジェネレータ等の速度センサを使用することができない場合に限らず、サーボドライブなどのように速度センサを具備することができる場合においても本発明は適用できる。

本発明の第１の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図 同ＰＮ電圧補正係数の導出方法を示す図 同第１の動作結果を示す図 同第２の動作結果を示す図 同インバータ母線電流を示す図 同インバータのスイッチングパターンを示す図 同第３の動作結果を示す図 （ａ）同インバータとモータ間に流れる電流を示す図（ｂ）図７（ａ）の第一のタイミングでの電流状況を示す回路図（ｃ）図７（ａ）の第二のタイミングでの電流状況を示す回路図（ｄ）図７（ａ）の第三のタイミングでの電流状況を示す回路図 同第４の動作結果を示す図 同モータ駆動用インバータ制御装置の別のシステム構成図 一般的なモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図 図１１のモータ駆動用インバータ装置における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を示した線図 従来の装置の大型化を抑制したままで高調波成分の低減と高力率化を達成することのできる直流電源装置の回路図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ インバータ
４ モータ
１１ 小容量リアクタ
１２ 小容量コンデンサ
１３ モータ相電流検出手段
１４ モータ電圧指令作成手段
１５ ＰＮ電圧検出手段
１６ ＰＮ電圧補正手段
１７ モータ電圧指令補正手段
１８ ＰＷＭ制御手段
１９ 入力電流誤差解消電圧作成手段
２０ 入力電流推測手段
２１ 入力電流誤差演算手段
２２ 目標入力電流作成手段

Claims (5)

1. 交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続された小容量のリアクタからなる整流回路と、前記インバータの直流母線間に設けられた小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータと、モータとから構成され、前記モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段と、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータの電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記交流電源から流れ込む入力電流の目標値を作成する目標入力電流作成手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号のデューティと前記モータ相電流検出手段より得られるモータ相電流とに基づいて前記交流電源から流れ込む入力電流値を導出する入力電流推測手段と、前記目標入力電流作成手段で作成される入力電流の目標値と前記入力電流推測手段で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段と、前記入力電流誤差演算手段で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、前記モータ電圧指令作成手段から得られる電圧指令値に加算する入力電流誤差解消電圧作成手段とを備えたモータ駆動用インバータ制御装置。
2. 交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続された小容量のリアクタからなる整流回路と、前記インバータの直流母線間に設けられた小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータと、モータとから構成され、前記インバータの直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段と、前記モータの相電流値を検出するモータ相電流検出手段と、前記インバータの各スイッチング素子の動作を制御するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段と、前記モータの速度指令値に基づき、前記モータの電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、予め設定された前記インバータの直流電圧基準値と前記ＰＮ電圧検出手段から得られる前記インバータの直流電圧検出値との比較からＰＮ電圧補正係数を導出するＰＮ電圧補正手段と、前記モータ電圧指令作成手段から得られる電圧指令値と前記ＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段と、前記交流電源から流れ込む入力電流の目標値を作成する目標入力電流作成手段と、前記ＰＷＭ制御手段で生成されたＰＷＭ信号のデューティと前記モータ相電流検出手段より得られるモータ相電流とに基づいて前記交流電源から流れ込む入力電流値を導出する入力電流推測手段と、前記目標入力電流作成手段で作成される入力電流の目標値と前記入力電流推測手段で導出される入力電流値との誤差を演算する入力電流誤差演算手段と、前記入力電流誤差演算手段で演算された入力電流誤差をなくす入力電流誤差解消成分を演算し、前記モータ電圧指令補正手段から得られる電圧指令補正値に加算する入力電流誤差解消電圧作成手段とを備えたモータ駆動用インバータ制御装置。
3. 入力電流誤差解消電圧作成手段での入力電流誤差解消成分の演算には、ＰＩ制御を用いることを特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
4. 入力電流誤差解消電圧作成手段での入力電流誤差解消成分の演算に用いたＰＩ制御では、比例ゲインと積分ゲインの少なくともどちらか一方において、前記ゲインを変更できる構成とした請求項３に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
5. 小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を、交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように、前記小容量リアクタおよび前記小容量コンデンサの組み合わせを決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。

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