JP2013183636A - インバータ制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は同期ＰＷＭ制御を行って、高速運転用インバータにおいて安定した出力電流を得るためのインバータ制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の制御方法は、インバータの現在の出力周波数からパルス幅変調（ＰＷＭ）出力パルス数を計算して、ＰＷＭ出力パルス数が予め設定されたパルス数以下の場合に、前記設定されたパルス数でＰＷＭ出力パルス数を補償し、補償されたＰＷＭ出力パルス数を利用して新しい出力周波数を計算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ制御方法に関するものである。
一般に、ターボ機械を駆動するのに電動機が用いられる。電動機の回転数は、供給電力の周波数に比例しモータの極数に反比例するため、２極モータの場合でも最高回転数が３、６００ｒｐｍを越えることができない。
それより高速を得るために、機械的な増速機が用いられる。しかし、増速機を用いる場合、費用高となり、機械的摩擦損失等によって機器効率が低下する問題がある。
従って、最近このような問題を解決するために、高速で高効率を得ることができる高速電動機を用い、この高速電動機の回転数を上げるために、インバータを付け、電動機速度を数万ｒｐｍまで高速化する技術が商用化されている。
図１は、一般インバータで制御される電動機システムの構成図である。
図面に示したように、電動機システムは、交流電源１、電動機３を制御するインバータ２、電動機３、及び負荷４で構成される。
インバータ２は、交流電源を直流に変換するコンバータ２１、電源が投入される場合、突入電流の流入を防止する初期充電抵抗２２、突入電流が抑制された後に初期充電抵抗２２を回路から分離するスイッチ２３、直流電圧をスムーズにするキャパシタ２４、複数のスイッチング素子で構成されて直流を交流に変換するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）インバータ部２５、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相に流れる電流を検出する電流検出部２６、インバータ２の直流電圧及び相電流等の各種情報を収集して運転を指令する制御部２７、及び制御部２７から入力された電圧指令Ｖ*と周波数指令ｆ*を利用してＰＷＭ信号を生成してＰＷＭインバータ部２５の各相のスイッチング素子にスイッチング信号を印加するＰＷＭ制御部２８で構成される。
負荷４は、電動機３が駆動するもので、負荷４から制御部２７に負荷量をフィードバックして伝達する。
図１のインバータ２は、交流電源１の電力を受信して電力転換を介して電圧と周波数を変換して電動機３に供給することによって、電動機３の速度及びトルクを高効率に制御する。このように、電動機３の速度を精度よく制御してエネルギー節約と品質を向上することができ、各種送風機、ポンプ、工作機械、繊維機械等の自動化設備に広く用いられる。
図１のＰＷＭ制御部２８が、ＰＷＭ信号を生成するのに最も一般に用いられるのが、正弦波ＰＷＭ（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＰＷＭ、ＳＰＷＭ）制御である。
ＳＰＷＭ制御においては、正弦波基準信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）と三角波キャリア信号（ｃａｒｒｉｅｒ）を比較して、出力電圧を出力する。低速運転用（６０Ｈｚ以下）インバータの場合、出力パルス数の大きな変化なしに非同期ＳＰＷＭでインバータを駆動することができる。
しかし、高速運転用インバータの場合、インバータ運転周波数の高速変化（数ｋＨｚ）によりＰＷＭ出力パルス数が非常に大きく変化する問題がある。ＰＷＭ出力パルス数の変化が大きい場合には、高速運転用インバータは一定の出力電流を得ることができなくなり、出力電流の脈動増加によって安定したインバータ出力が不可能な問題がある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、同期ＰＷＭ制御を行って高速運転用インバータにおいて安定した出力電流を得るためのインバータ制御方法を提供することである。
前記技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態のインバータ制御方法は、インバータの現在の出力周波数からパルス幅変調（ＰＷＭ）出力パルス数を計算する段階、ＰＷＭ出力パルス数が予め設定されたパルス数以下の場合に、前記設定されたパルス数でＰＷＭ出力パルス数を補償する段階、及び補償されたＰＷＭ出力パルス数を利用して新しい出力周波数を計算する段階を含んでもよい。
本発明の一実施形態において、前記新しい出力周波数によってＰＷＭパルスを出力する段階をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態において、前記新しい出力周波数によって出力されるＰＷＭパルスは、同期ＰＷＭパルスであってもよい。
本発明の一実施形態において、前記インバータが低速運転モードの場合、非同期ＰＷＭ制御を行う段階をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態において、前記インバータが非同期ＰＷＭ運転モードの場合、非同期ＰＷＭ制御を行う段階をさらに含んでもよい。
本発明は、ＰＷＭ出力パルスが対称を成して同期をとるようにＰＷＭ出力パルス数を制御することによって、インバータの高速運転時に歪むことなく安定した出力電流を得ることができる。
一般的なインバータで制御される電動機システムの構成図である。 本発明に係るインバータ制御方法を説明するための一実施形態グラフである。 本発明に係る同期ＰＷＭ制御を説明するための一実施形態グラフである。
本発明は、種々の変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示し、下記に置いて詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。
本発明の制御方法は、高速ブローワ、高速冷凍機等、定格速度が数万ｒｐｍに達し、運転周波数が数ｋＨｚに達するインバータを駆動する際に適用されるものである。本発明は、運転周波数の増加による高速スイッチング時にインバータ出力電流を安定化するために、インバータＰＷＭ制御時、同期（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ） ＰＷＭ制御を行う。
本発明の制御方法は、図１のようなインバータシステムに適用されるもので、この中ＰＷＭ制御部２８の制御に関するものである。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明に係るインバータ制御方法を説明するための一実施形態グラフである。
図面に示したように、本発明の制御方法は、インバータの運転モードを確認して（Ｓ２１）、低速運転の場合には非同期ＰＷＭ制御を行う（Ｓ２３）。非同期ＰＷＭ制御では、正弦波基準信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）と三角波キャリア信号（ｃａｒｒｉｅｒ）を比較して、出力電圧を出力する。
Ｓ２１において、高速運転が要求されるインバータの場合には、設定されたＰＷＭモードを確認する（Ｓ２２）。そのためには、インバータは、同期ＰＷＭモードで運転するか、または、非同期ＰＷＭモードで運転するかについて、ユーザの設定によって指定して保存することができる。
Ｓ２２において、設定されたＰＷＭモードが非同期ＰＷＭの場合、非同期ＰＷＭ制御を行い（Ｓ２３）、設定されたＰＷＭモードが同期ＰＷＭの場合、本発明の同期ＰＷＭ制御を行う。
ＰＷＭ制御部２８は、現在の出力周波数からＰＷＭ出力パルス数を計算する（Ｓ２４）。
Ｓ２４において計算したＰＷＭ出力パルス数が、設定されたパルス数以下の場合には（Ｓ２５）、設定パルス数でＰＷＭ出力パルス数を補償する（Ｓ２６）。
このように補償されたＰＷＭ出力パルスを利用して、ＰＷＭ制御部２８は、新しい周波数を計算し（Ｓ２７）、計算された新しい周波数を持ってＰＷＭパルスを出力する（Ｓ２８）。
図３を参照して、本発明の一実施形態のインバータ制御方法の動作を説明する。
図３は、本発明に係るインバータ制御を説明するための一実施形態グラフであり、（ａ）は正弦波基準信号と三角波キャリア信号との関係、（ｂ）は従来正弦波基準信号（Ａ）により出力されるＰＷＭパルス、（ｃ）は本発明によってＰＷＭ出力パルス数を補償した正弦波基準信号（Ｂ）により出力されるＰＷＭパルスを示したものである。
図面に示したように、インバータを高速運転する場合、急変する周波数の変化に対してＰＷＭ出力パルス数の変化が激しくなり、ＰＷＭ出力パルス数の増減による出力波形の影響が大きくなる。
従って、本発明のＰＷＭ制御部２８は、現在の運転中のインバータのＰＷＭパルスを計算して、設定パルス数以下の場合にはこの値を補償して、インバータの運転周波数を変更して、同期ＰＷＭで制御する。
図３（ａ）において、非同期ＰＷＭパルスを出力したＡの運転周波数（図３（ｂ）の非同期ＰＷＭパルス）を、Ｂのように周波数を変更すると、図３（ｃ）のように同期ＰＷＭパルスを出力するようになることが分かる。
ＡからＢへの運転周波数の変更によって、一周期の間に出力されたＰＷＭパルス数も増加することが分かる。
このように、本発明は、ＰＷＭ出力パルスが対称を成して同期をとるようにＰＷＭ出力パルス数を制御することによって、インバータの高速運転時に歪むことなく安定した出力電流を得ることができる。
以上、代表的な実施形態を持って、本発明を詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、上述した実施形態に対して、本発明の範囲から逸脱しない限り多様な変形ができることを理解するだろう。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定されて定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等物によって定まらなければならない。
１ 交流電源
２ インバータ
３ 電動機
４ 負荷
２１ コンバータ
２２ 初期充電抵抗
２３ スイッチ
２４ キャパシタ
２５ インバータ部
２６ 電流検出部
２７ 制御部
２８ ＰＷＭ制御部

Claims (5)

  1. インバータの現在の出力周波数からパルス幅変調（ＰＷＭ）出力パルス数を計算する段階、
    ＰＷＭ出力パルス数が予め設定されたパルス数以下の場合に、前記設定されたパルス数でＰＷＭ出力パルス数を補償する段階、及び
    補償されたＰＷＭ出力パルス数を利用して新しい出力周波数を計算する段階を含むことを特徴とする、制御方法。
  2. 前記新しい出力周波数によってＰＷＭパルスを出力する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
  3. 前記新しい出力周波数によって出力されるＰＷＭパルスは、同期ＰＷＭパルスであることを特徴とする、請求項２に記載の制御方法。
  4. 前記インバータが低速運転モードの場合、非同期ＰＷＭ制御を行う段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御方法。
  5. 前記インバータが非同期ＰＷＭ運転モードの場合、非同期ＰＷＭ制御を行う段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御方法。
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