JP2009100613A

JP2009100613A - Ｐｗｍインバータの制御装置

Info

Publication number: JP2009100613A
Application number: JP2007272074A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Hirao; 邦朗平尾
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】電動機駆動用の可変速用３相電圧型ＰＷＭインバータを2相変調と3相変調を切換える場合、２相と３相の変調切換時にスイッチング周波数が急変するため、インバータから発する電磁音にも急変が発生し不快感を与えている。
【解決手段】２相変調演算部の出力側に切換状態信号生成部を設け、外部からの３相変調状態から２相変調状態への切換指令信号発生時に、切換状態信号生成部から中間状態信号を所定期間発生して前記加算部に出力するよう構成することで切換えに伴う電磁音の急変を緩和した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機を駆動するための電力変換装置のうち、３相電圧型ＰＷＭインバータのパルス幅変調に関するものである。

電動機駆動用の可変速用３相電圧型ＰＷＭインバータ（以下インバータと表記）で、出力電圧調整の変調方式としては、2相のみ変調する2相変調方式と、3相全て変調する３相変調方式、及び２相変調方式と３相変調方式との切換方式がある。この切換方式としては、特許文献１が公知となっている。図６は２相変調／３相変調切換方式の構成図で、１の３相変調波形成部に周波数指令が入力されることにより基準となる３相変調波を形成する。この出力は2相変調演算部２と加算演算部４に出力され、２相変調演算部では３相変調波を基準として２相変調波に対する差分(以下、移動量という)を演算し、図８のような出力を得て、切換部６に出力される。

切換部６には外部から２相変調か３相変調かの指令信号が入力され、指令信号が２相変調指令の場合には2相変調演算部２からの入力信号を通過させ、３相変調指令では2相変調演算部２の信号を阻止し、切換部６の出力を加算部４に出力して３相変調波と加算する。図７は２相変調波と３相変調波の波形図を示したもので、切換部６からは、図７で示す３相変調波、若しくは２相変調波かの選択された変調波が出力される。加算部４の出力である変調波はＰＷＭ比較器７に出力されて搬送波と比較し、図９で示すスイッチング素子１０〜１５に対するオンの原信号を形成する。

ＰＷＭ比較器７の出力は８のデッドタイム形成部に出力して上下短絡防止時間を確保した後、その出力は９のドライブ部に出力する。ドライブ部９ではスイッチング素子をオン、オフさせるに適応した波形に増幅する。なお、３相変調波に２相変調演算結果を加算したものが２相変調波となる。また、負極側のスイッチング素子１３，１４，１５のアームが全てオフの状態、又は全てオンの状態が零電圧ベクトルの状態である。２相変調は飽和された相では変調のためのスイッチングを行わないので、交流出力電圧は３相変調の場合より大きく出力することができ、この期間、搬送波のパルス数分スイッチングをさせないので、スイッチング損失を低減できる効果がある。2相変調から３相変調の切換時、又はこの逆の切換時には、スイッチング周波数が増減するため、これに伴いインバータが発生する電磁音も急変する。
特開昭６３−２９０１７０

電動機駆動用インバータの出力電圧調整のための2相変調、3相変調切換方式において、2相変調から3相変調、又は、その逆への切換時に、インバータを構成するスイッチング素子のスイッチングモードを変化させるため、スイッチング周波数が増減し、これに伴いインバータの発生する電磁音が急変して耳障りな音になり、不快感を与える。
本発明が目的とするところは、2相変調と3相変調の切換時に発生するスイッチング周波数増減に伴う、インバータから発生する電磁音の急変を抑制し、耳障りな音で与える不快感を低減することにある。

本発明の請求項１は、３相変調から２相変調へ移行するとき、１周期の一定期間、特定の相でスイッチングしている状態からスイッチングしない状態になり、この時、ある所定のパルス幅から急にパルス幅が無くなるのであるが、この特定のパルス幅から一気にパルス幅が無くなる前に、中間の状態を設け、この状態を所定の時間経た後に、パルス幅をゼロにすることを特徴としたものである。

逆の場合、２相変調から３相変調に移行するときは、３相変調での所定のパルス幅までに一気に生じさせるのではなく、中間状態を所定の時間経て、所定のパルス幅に移行させるのである。

本発明の請求項２は、３相変調から２相変調に移行するとき、１周期の一定期間、特定の相でスイッチングしている状態からスイッチングしない状態になるが、パルス幅を最小パルス幅まで連続的に短くして、最小パルス幅までになったとき、次の段階としてパルスを無くすことを特徴とするものである。

以上のとおり、本発明によれば、電動機駆動用インバータの変調方式として2相、3相切換方式において、2相から3相に切換えるとき、２相変調波が飽和している領域での搬送波分パルス数を増やす必要があり、このとき、所定のパルス幅に一気にゼロから移行させるのではなく、最小パルス幅を考慮した中間の状態を所定の時間経て所定のパルス幅に移行させる。この結果、スイッチングの周波数が切換わると同時に最小パルス幅に伴う高周波成分が生じるが、次には所定のパルス幅に形成するので、発生した高周波成分は低次の周波数成分に移行するため、急変に伴う耳障りな急変する電磁音による不快感を低減させる効果がある。この逆の、３相変調から２相変調に移行するときも逆の経緯をたどり、電磁音の急変を低減させ、急変する電磁音による不快感を低減させる効果がある。

また、最小パルス幅を設定したことで、構成要素によるランダムなパルス欠けの発生がなくなり、電流の制御精度の低下を抑制する効果もある。

電動機駆動用インバータの変調方式として2相、3相変調切換方式において、２相変調から３相変調に移行する際には、特定のスイッチングしていなかったスイッチング素子で、搬送波の１周期の間に所定の幅のパルスが１個増えるが、所定の幅になる前に、最小パルス幅から中間状態の暫定的な所定の幅に一次的に移行するように構成したもので、以下、実施例に基づき詳述する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す構成図である。１はＰＷＭ波形の原型となる３相変調の変調波形成部、２は２相変調演算部で３相変調波を基準として２相変調波に対する移動量を演算する。３は切換状態信号生成部で、この切換状態信号生成部３は図６で示す従来の切換部６と同様な切換機能を有すると共に、切換時における２相変調と３相変調相互間の切換時に中間状態信号を所定時間出力する。すなわち、図１で拡大した機能図で示すように外部から２相変調／３相変調の切換指令が入力され、例えば、切換指令が２相変調の場合には２の出力の移動量をそのまま通過させ、２相変調から３相変調への指令時にはベクトル移動量の中間信号をｔ時間維持する。ｔ時間経過後の切換状態信号生成部３の出力はゼロとなる。４は加算部で、変調波形成部１の出力と切換状態信号生成部３の出力信号がこの加算部４で加算される。そして、これら２〜４によって２相変調／３相変調切換部５が構成される。

７はPWM比較器で変調波と所定の搬送波と比較してインバータ１８を構成するスイッチング素子に対する制御信号の原波形を形成する。８はデッドタイム形成部で、直列接続されたスイッチング素子の上下短絡を防止する。９はドライブ部で、これら1〜９の要素によってインバータの制御装置が構成される。１６は直流電源、１７は負荷となる電動機である。

次にその動作を以下に詳述する。
周波数指令により３相変調波が３相変調波形成部１により形成され、この出力は2相変調演算部２と加算演算部４に出力される。２相変調演算部２では３相変調波を基準にして２相変調波に対する移動量を演算する。切換状態信号生成部３に外部からの変調指令信号として入力されたとき、その指令が３相変調指令から２相変調指令への切換指令であったとすると、この切換状態信号生成部３は中間状態を生成するため、図３に示すように２相変調演算部２からの信号に対し、２１の状態（中間状態）を所定時間生じさせ、この後、２０の２相変調の状態に移行する補正を実施し、加算部４に出力して３相変調波と加算し変調波を形成する。

加算部４からの変調波はＰＷＭ比較器７に出力され、搬送波と比較しスイッチング素子１３，１４，１５のオン信号の原波形を図２に示すように形成する。３相変調時、Ａ時点では零電圧ベクトルがあり、スイッチング素子１３のオン信号波形は２２で、この時２相変調の指令があると、次に、変調波を中間状態の２１の状態に移行形成するため、３の中間状態形成部で図３の２１の状態を生成することにより実現できる。スイッチング素子１３への信号としては、図２に示す零電圧ベクトルの幅が狭くなった２１の状態が形成され、設定された中間状態期間の後、２相変調の２０の状態となり、零電圧ベクトルは無くなる。この逆に、２相から３相変調に移行するときも同様に逆の経路をたどる。この結果、出力電圧の周波数成分に中間状態が形成されることで、インバータから発生する電磁音が急変することなく緩和され不快感も低減される。
図４は、本発明の第２の実施例を示す構成図で、図１と同じ部分若しくは相当する部位に同符号を付してその説明を省略する。図４において、図１と相違する点は、切換状態信号生成部３’における２相変調と３相変調の中間状態の形成方法で、３相変調時から２相変調に移行するとき、図２で２２の状態から２１の状態に連続的に移行させ、さらに最小パルス幅の制約を受けるまで連続的に零電圧ベクトルの時間幅を短くさせ、この後、無くなるようにする。これを実現するための変調波の生成は、中間状態形成部の出力を図５のように、６０度から１２０度では移動量を零から最小パルス幅の禁止帯まで連続的に増加させ、この後最大値まで飛ぶことにより変調波が形成される。２４０度から３００度ではこの逆である。２相から３相変調に移行するときも同様に逆の経路をたどる。この結果、出力電圧の周波数成分に中間状態が形成されることで、インバータから発生する電磁音が急変することなく緩和され不快感も低減される。

本発明の実施形態を示す構成図切換時のＰＷＭ比較器の出力波形図切換状態信号生成部の出力波形図本発明の他の実施形態を示す構成図切換状態信号生成部の出力波形図従来の2相3相切換方式のＰＷＭインバータ構成図２相変調波と３相変調波の波形図２相変調演算部の出力波形図切換時のＰＷＭ比較器の出力波形図

符号の説明

１… ３相変調波形成部
２… ２相変調演算部
３… 切換状態信号生成部
４… 加算部
５… ２相変調／３相変調切換部
７… ＰＷＭ比較器
８… デッドタイム形成部
９… ドライブ部
１０〜１５… スイッチング素子
１６… 直流電源
１７… 電動機
１８… インバータ
２０… ３相変調へ切換わる直前の２相変調時のＰＷＭ比較器出力信号
２１… ２相変調／３相変調切換時の３相変調時のＰＷＭ比較器出力信号
２２… ２相変調へ切換わる直前の３相変調時のＰＷＭ比較器出力信号

Claims

周波数指令を３相変調波形成部に入力して３相変調波信号を生成し、この３相変調波信号を２相変調演算部と加算部にそれぞれ出力し、外部からの２相変調指令入力時には３相変調波を基準に２相変調波との差分を演算する２相変調演算部の出力を前記加算部に出力し、３相変調指令入力時には前記加算部への２相変調演算部の出力を阻止することで２相変調波又は３相変調波を生成するＰＷＭインバータの変調波切換において、
前記２相変調演算部の出力側に切換状態信号生成部を設け、外部からの３相変調状態と２相変調状態との相互の切換指令信号発生時に、前記切換状態信号生成部から中間状態信号を所定期間発生して前記加算部に出力するよう構成したことを特徴としたＰＷＭインバータの制御装置。
前記切換状態信号生成部が出力する中間状態信号は、段階状、もしくは傾斜状を有した出力であることを特徴としたＰＷＭインバータの制御装置。