JP2009148128A - モータ駆動用インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ、リアクタで構成される整流部を備え、整流後の出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で脈動するようなモータ駆動用インバータ制御装置において、交流電源の電源電圧波形、電源周波数によらず安定したモータ駆動を実現させることを目的とする。
【解決手段】コンデンサ、リアクタで構成される整流部を備え、整流後の出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で脈動するようなモータ駆動用インバータ制御装置において、指令電流演算部からの指令電流値をインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形に補正する指令電流補正部を備え、交流電源の電圧波形が理想的な正弦波波形ではなく歪み成分を含み、電源位相を正しく検出・演算できない場合でも、また電源周波数が変動する場合でも、インバータ印加電圧波形に即して安定したモータ駆動を実現させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動用インバータ制御装置に関するものである。

従来、コンデンサ、リアクタで構成される整流部を備え、整流後の出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で脈動するようなモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源電圧あるいは整流後の脈動直流電圧より電源位相を演算する電源位相演算部を備え、算出された電源位相に応じて電流指令値を制御することで安定したモータ駆動を実現している（例えば、特許文献１参照）。

図６と図７は、それぞれ特許文献１に記載されるモータ駆動用インバータ装置のブロック図と指令電流波形とを示したものである。

前記従来のモータ駆動用インバータ装置では、電源電圧のゼロクロスから実際の電源周期の１／４、３／４となる電源位相、０（１）、１／２となる電源位相をそれぞれθｍａｘ、θｍｉｎとし、電源位相演算部により算出される電源電圧のゼロクロスから電源周期の１／４、３／４となる電源位相、０（１）、１／２となる電源位相をそれぞれθｍａｘ１、θｍｉｎ１とした場合、図２に示すようにθｍｉｎとθｍｉｎ１、θｍａｘとθｍａｘ１とが一致しない場合、実際の電源位相と異なる位相情報に基づいた電流指令値の制御を行うことになる。

ここで図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ理想的な正弦波電圧を出力する交流電源を用いた場合における交流電源電圧波形、インバータ印加電圧波形、指令電流波形を示し、図２（ａ１）〜（ｃ１）はそれぞれ歪み成分を含んだ電圧を出力する交流電源を用いた場合における交流電源波形、インバータ印加電圧波形、指令電流波形を示す。
特開２００３−０６１３８２号公報

このため前記従来のモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源が理想的な正弦波波形ではなく歪み成分を含み、電源位相演算部により電源位相を正しく検出・演算できない場合、実際にトルク出力可能な電源位相とトルクを出力させるための指令電流の電源位相に差が生じ、安定したモータ駆動を維持できないという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解決するものでインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形の指令電流によるモータ駆動を行うことで、交流電源の電源電圧波形、電源周波数によらず安定したモータ駆動を実現させることを目的とする。

前記従来の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では、指令電流演算部からの指令電流値をインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形に補正する指令電流補正部を備えたものである。

これによりコンデンサ、リアクタで構成される整流部を備え、整流後の出力電圧が交流電源周波数の２倍周波で脈動するようなモータ駆動用インバータ制御装置において、交流
電源の電圧波形が理想的な正弦波波形ではなく歪み成分を含み、電源位相を正しく検出・演算できない場合でも、インバータ印加電圧波形に即してモータ駆動を維持することができる。

本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源の状態によらず安定したモータ駆動の維持を実現することができる。

第１の発明は、交流電源を入力とする整流部と前記整流部の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータにより駆動されるモータとをコントロールする制御演算部とを備え、前記整流部はダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの直流出力側に設けられたインバータ印加電圧検出部と、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るリアクタと、前記インバータの直流母線間に接続されるコンデンサで構成され、前記制御演算部には、前記モータが所定の回転数にて動作するのに必要なトルク量となる指令電流を演算する指令電流演算部と、前記インバータ印加電圧検出部の検出電圧値を用いて前記指令電流演算部からの演算指令値を補正する指令電流補正部を設けたものである。

これにより、交流電源の電圧波形が理想的な正弦波波形以外の場合でもインバータ印加電圧に即したモータ駆動を行うことが出来る。

第２の発明は、第１の発明において、前記指令電流補正部は、前記指令電流演算部からの指令電流波形がインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形となるように指令電流値を補正するものである。これにより、交流電源の電源位相が正しく検出・演算できない場合でも、インバータ印加電圧波形に即してモータ駆動を維持することが出来る。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記整流部を構成する前記リアクタと前記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リアクタおよび前記コンデンサの組み合わせを決定したものである。これにより、整流部への入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現させることが出来る。

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）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図を示したものである。

該モータ駆動用インバータ制御装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源１より電力を供給され、供給された交流電圧を整流・平滑するダイオードブリッジ４、コンデンサ５、リアクタ３と平滑後の出力電圧を検出するインバータ印加電圧検出部６を備えた整流部２と、前記整流部２からの出力電圧をモータ駆動のために所望の交流電圧に変換する半導体スイッチング素子により構成されるインバータ７と、前記インバータ７の動作をコントロールするため、モータ８が所定の回転数にて動作するのに必要なトルク量となる指令電流値を演算する指令電流演算部９と、前記インバータ印加電圧検出部６の検出電圧値を用いて前記指令電流演算部９からの演算指令値を補正する指令電流補正部１０を備えた制御演算部１１を有している。

以上のように構成されたモータ駆動用インバータ制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

まず、整流部２を構成するリアクタ３、コンデンサ５の値とインバータ印加電圧について説明する。

交流電源１に交流電源周波数５０Ｈｚの商用電源を用いた場合、整流部２を構成するリアクタ３とコンデンサ５の値は、電源高調波特性の高性能化を図るため、次式で表される共振周波数が交流電源周波数の４０倍以上、すなわち２０００Ｈｚ以上になるように設定する。

このため、例えばリアクタンス値０．５ｍＨ、キャパシタンス値１０μＦのリアクタ３とコンデンサ５を用いることでｆｃ（＝２２５０Ｈｚ）＞４０×交流電源周波数（５０Ｈｚ）とする。

このように設定されたリアクタ３とコンデンサ５を備えた整流部２の出力電圧は、図２（ａ）に示すような理想的な正弦波電圧を出力する交流電源１を用いた場合、図２（ｂ）に示すように交流電源周波数の２倍周波で脈動する。また、図２（ａ１）に示すような歪み成分を含む電圧を出力する交流電源１を用いた場合、図２（ｂ１）に示すように交流電源周波数の略２倍周波で脈動する。このため整流部２を介し、インバータ７へ印加される電圧波形は交流電源１の電源電圧波形、電源周波数の状態に依存する。

次に、上記インバータ印加電圧によりモータ駆動を行う場合の指令電流演算部９、インバータ印加電圧検出部６、指令電流補正部１０について説明する。

指令電流演算部９では前記モータ８を所定の回転数にて駆動させるのに必要な平均トルク量となる指令電流値を演算する。ここでインバータ７に印加される電圧は一定ではなく図２（ｂ）、（ｂ１）に示すように時間的な変動がある。

この時間的なインバータ印加電圧の変動を検出するためインバータ印加電圧検出部６は、例えばインバータ７を駆動するキャリア周期毎にインバータ印加電圧の検出を行う。指令電流補正部１０では、前記インバータ電圧検出部６からの検出値に応じて指令電流演算部９からの指令電流値を補正する。

例えば、図３は、交流電源１に理想的な正弦波電圧を出力する電源を用いた場合、図４は交流電源１にリアクタンス成分を含みＬＣ共振による歪み電圧を出力する電源を用いた場合、図５は交流電源１にピークカットされた歪み電圧を出力する電源を用いた場合のインバータ印加電圧波形、モータ電流波形、補正された指令電流波形をそれぞれ（ａ）〜（ｃ）に示すものである。

ここで指令電流補正部１０は各インバータ印加電圧波形をローパスフィルタ処理した値を用いて指令電流値を補正している。

このようにインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形になるように指令電流値を補正してモータ駆動を行うことで、交流電源１の電源電圧波形、電源周波数により電源位相を正確に演算できる、できないに関わらず、インバータ印加電圧に即して安定したモータ駆動を実現することができる。

以上のように本実施の形態によれば、インバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形になるように指令電流演算部９からの指令電流出力値を補正する指令電流補正部１０を備えることで、交流電源１の電源電圧波形、電源周波数によらず、印加される電圧波形に即した指令電流値により安定したモータ駆動を行うことが出来る。

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、交流電源の電源電圧波形、電源周波数によらずインバータへ印加される電圧波形に即した指令電流値によるモータ駆動を実現させるため、様々な電源事情を有する世界各地において安定したモータ駆動を求められるあらゆるモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図 従来のモータ駆動用インバータ制御装置における（ａ）交流電源電圧の波形図、（ｂ）インバータ印加電圧の波形図（ｃ）指令電流の波形図、（ａ１）交流電源電圧の波形図、（ｂ１）インバータ印加電圧の波形図、（ｃ１）指令電流の波形図 本実施の形態における（ａ）インバータ印加電圧の波形図、（ｂ）モータ電流の波形図、（ｃ）補正された指令電流の波形図 本実施の形態における（ａ）インバータ印加電圧の波形図、（ｂ）モータ電流の波形図、（ｃ）補正された指令電流の波形図 本実施の形態における（ａ）インバータ印加電圧の波形図、（ｂ）モータ電流の波形図、（ｃ）補正された指令電流の波形図 従来のモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図 従来のモータ駆動用インバータ制御装置における（ａ）交流電源電圧の波形図、（ｂ）インバータ印加電圧の波形図、（ｃ）指令電流の波形図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流部
３ リアクタ
４ ダイオードブリッジ
５ コンデンサ
６ インバータ印加電圧検出部
７ インバータ
８ モータ
９ 指令電流演算部
１０ 指令電流補正部
１１ 制御演算部
１２ 電源位相演算部

Claims (3)

1. 交流電源を入力とする整流部と前記整流部の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと前記インバータにより駆動されるモータとをコントロールする制御演算部とを備え、前記整流部はダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの直流出力側に設けられたインバータ印加電圧検出部と、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るリアクタと、前記インバータの直流母線間に接続されるコンデンサで構成され、前記制御演算部には、前記モータが所定の回転数にて動作するのに必要なトルク量となる指令電流を演算する指令電流演算部と、前記インバータ印加電圧検出部の検出電圧値を用いて前記指令電流演算部からの演算指令値を補正する指令電流補正部を設けたモータ駆動用インバータ制御装置。
2. 前記指令電流補正部は、前記指令電流演算部からの指令電流波形がインバータ印加電圧波形またはローパスフィルタ処理されたインバータ印加電圧波形と概ね相似形となるように指令電流値を補正することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
3. 前記整流部を構成する前記リアクタと前記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リアクタおよび前記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または２に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。

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