JP2007295649A - モータの可変速駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PWM演算器105は電圧指令と三角波キャリア信号とを比較してPWM波形のPWM指令を発生し、最小パルス幅制限回路106はPWM指令のパルス幅が最小パルス幅の設定値よりも短いときに該パルスの幅を延長させ、インバータ主回路101のPWM出力の最小パルス幅を制限することでモータ102とのケーブル接続によるサージ電圧の発生を抑制する。
パルス幅を延長したとき、このパルス幅の差分だけ補正することで、PWM出力電圧の実効値と指令電圧をほぼ等しくすること、パルス幅の差分をインバータの電圧指令にフィードバックし、他相の電圧指令を補正することで、パルス幅を延長したことによる電圧外乱を補正することも含む。
【選択図】図1
Description
電圧形PWMインバータは、IGBT等のスイッチング素子を用いて、直流電圧を高速スイッチングすることにより、出力端子にパルス状の電圧を連続して出力する。
従来のPWMインバータの回路構成例を図10に示す。電圧指令演算部Aは、3相出力電圧指令を演算する。キャリア生成器Bは、三角波キャリア波形を生成する。PWM演算器Cは、3相出力電圧指令とキャリア波形を入力し、電圧指令とキャリア波形の大小関係を比較することによって3相PWM波形を出力する。デッドタイム生成器Dは、IGBT等のスイッチング素子の上下アーム短絡を防止するために、各相のPWM波形にデッドタイムを付加した、上下アームのON/OFF指令パルスを出力する。ゲート制御回路Eは、デッドタイム生成器より上下アームのON/OFF指令を入力し、絶縁や電圧増幅を行ってインバータ主回路Fのスイッチング素子のゲートをコントロールする。以上の回路により、各相のスイッチング素子は直流電圧EdをスイッチングしたPWMパルス電圧をモータGへ出力する。
PWM変調は電圧指令値と、通常は三角波形のキャリアとを比較して、擬似正弦波状のパルス波形を出力する。通常のPWM制御ではインバータの制御率が高い場合(電圧指令が0またはEd近傍の場合)に、パルス幅が極めて短い電圧を出力する。この例を図11に示す。
インバータから出力するパルス電圧の伝播時間Tは、ケーブルのインダクタンスと静電容量から決まる。図12はインバータ端子電圧(太線)とモータ端子電圧(太線)の波形例である。
上記のようなサージ電圧を抑制するため、相電圧の波高値近傍で出力電圧のパルス幅が狭くなる期間では、パルス幅がより広くなるように制限し、さらにこの制限したパルス幅においても出力電圧の変化を従来とほぼ同じにするために当該相の上アームまたは下アームをPWM演算の1周期の間オンさせる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
前記PWM演算器のPWM指令のパルス幅が最小パルス幅の設定値よりも短いときに該パルスの幅を延長させ、前記インバータ主回路のPWM出力の最小パルス幅を制限する最小パルス幅制限回路を備えたことを特徴とする。
図1は、本実施形態を示す回路構成図である。インバータ主回路101は、直流電圧Edの直流電源とし、IGBTをスイッチング素子とした各スイッチのゲート制御によりU,V,W相の3相出力を得てモータ102を可変速駆動する。
最小パルス幅制限回路106は、入力のPWM波形が変化した場合、最小パルス幅時間Tmin経過するまでその変化した状態が再度変化しないように制限する。これにより、特に電圧指令の波高値付近で発生するパルスの最小幅を最小パルス幅時間Tmin以上に広くする。
ダウンカウンタ1…PWM出力の変化防止期間を計測するダウンカウンタであり、各端子は以下の入出力信号になる。
LD:Dのデータを内部レジスタにロードするタイミングを指令する入力端子
en:カウントダウンイネーブル入力端子
Qb=0:内部カウンタ=0の時に1を出力するレジスタ出力端子
D型フリップフロップ2…PWM出力用の波形整形用であり、前回の出力値を保持する機能もある。各端子はD:入力、Q:出力、ck:クロック入力となる。
tl:PWM入力も出力も「L」の状態から、PWM入力が「H」に変化
t2:D−FF2により出力が変化
t3:PWM出力変化をEXOR5により検出、カウンタ1の内部レジスタにD入力を初期設定する。
t8:パルス幅の狭いパルスの最初の変化が入力
t9:t2と同様にPWM出力が変化
t10:t3と同様にPWM出力変化をEXOR5により検出、カウンタ1の内部レジスタにD入力を初期設定する。
実施形態1の方法によって最小パルス幅を制限した場合、パルス幅が削られる、あるいは延長されることによって、PWM出力の電圧成分は、電圧指令に一致しなくなる。つまり、本回路のパルス幅の延長は電圧外乱を発生させてしまう。
図4における1〜6は実施形態1と同じである。
(2)図5のタイムチャートの説明
パルス幅補正回路の動作タイムチャートを図5に示し、実施形態1の最小パルス幅制限回路に、PWM中間レジスタと、パルス幅補正カウンタQaを追加することでパルス幅補正を得る。
PWM入力=L & PWM出力=Hの時:カウントDown
それ以外の状態:カウント値を保持
このカウンタ11はPWM入力が「L」で出力が「H」の時はカウントUpし、入力がHで出力がしの時はカウントDownするものでも同様に動作する。
図6のように、出力電圧の過変調状態など制御率が高い場合に、ある相の正弦波状の電圧指令は頂上付近で、1周期の1/6(位相60°)程度スイッチングが停止する期間が発生する。
102 モータ
103 電圧指令演算部
104 キャリア生成器
105 PWM演算器
106 最小パルス幅制限回路
107 デッドタイム生成器
108 ゲート制御回路
109 パルス幅休止期間検出器
110 電圧指令補正部
Claims (3)
- 速度指令に応じた正弦波の電圧指令と三角波キャリア信号とを比較してPWM波形のPWM指令を発生するPWM演算器と、このPWM演算器のPWM指令に従ってゲート制御されるインバータ主回路とを備え、このインバータ主回路のPWM出力でモータを可変速駆動する装置において、
前記PWM演算器のPWM指令のパルス幅が最小パルス幅の設定値よりも短いときに該パルスの幅を延長させ、前記インバータ主回路のPWM出力の最小パルス幅を制限する最小パルス幅制限回路を備えたことを特徴とするモータの可変速駆動装置。 - 前記最小パルス幅制限回路は、最小パルス幅を延長したとき、前記PWM指令とPWM出力のパルス幅の差分を、パルス幅を延長した後のパルスの幅を同じ分だけ補正するパルス幅補正回路を備えたことを特徴とする請求項1に記載のモータの可変速駆動装置。
- 前記最小パルス幅制限回路がPWM指令のパルス幅を延長したのち、PWMのスイッチング動作が長い期間休止する場合に、前記PWM指令とPWM出力のパルス幅の差分を前記電圧指令にフィードバックして、他相の電圧指令を補正する電圧指令補正回路を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のモータの可変速駆動装置。
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