JP2737311B2 - インバータの電圧制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、パルス幅変調制御により正弦波交流電圧
を出力するインバータの電圧制御回路に関する。

〔従来の技術〕

定電圧・定周波数の交流電力を出力するインバータ、
いわゆるCVCFインバータなどでは、当該インバータが出
力する電圧をフィードバックして、所定電圧との偏差が
零になるようにこのインバータの出力電圧を制御するよ
うにしている。

第２図は定電圧の交流電力を出力するインバータの第
１従来例を示すブロック図である。この第２図におい
て、直流電源２からの直流電力を、スイッチング用のト
ランジスタとフィードバックダイオードとで構成してい
るトランジスタインバータ３に入力し、スイッチング用
の各トランジスタを順次オン・オフ動作させることによ
り、入力直流電力を交流電力に変換して出力するのであ
るが、この出力には高調波成分が含まれているので、リ
アクトルやコンデンサで構成しているフィルタ４により
この高調波成分を吸収除去し、負荷５には正弦波の交流
電力を供給する。

トランジスタインバータ３とフィルタ４とで構成して
いるインバータ装置の出力電圧は、計器用変圧器11によ
り絶縁して検出し、これを整流器12と平滑回路13とを経
由することにより、インバータ装置が出力する交流電圧
に比例した直流の電圧実際値信号を得る。一方では電圧
設定器14がこのインバータ装置が出力するべき電圧目標
値信号を設定しているので、これら電圧目標値信号と電
圧実際値信号との偏差を比例積分演算器で構成している
第１調節器15に入力させて、この第１調節器15から入力
偏差を零にする制御信号を取出している。

正弦波発生回路16は第１調節器15の出力に対応した振
幅の正弦波信号を出力するので、搬送波発生回路17が出
力する搬送波と、前述の正弦波信号とをパルス幅変調回
路18に入力して、パルス幅変調する。このパルス幅変調
回路18からの出力を制御回路19に入力させることによ
り、この制御回路19からは、インバータ３を構成してい
る各トランジスタのベースに信号が送られて、これらト
ランジスタを適切にオン・オフ制御することにより、イ
ンバータ装置出力電圧を、電圧設定器14が設定する電圧
目標値に維持するように制御している。

ところで、この第２図に示す第１従来例回路には、平
滑回路13や第１調節器15のように、時定数の大なる回路
が含まれているために、応答時間が長くなる。それ故、
たとえば負荷５が急激に変化したために生ずる電圧変動
に素早く追従することができず、大きな出力電圧変動を
生ずる欠点を有している。

そこで、このような欠点を解消するべく、特開昭62−
147966号公報に記載の発明が提案されている。

第３図は定電圧の交流電力を出力するインバータの第
２従来例を示すブロック図であって、上述した特開昭62
−147966号公報に記載の発明の内容をあらわしている。

この第３図に示す第２従来例回路では、トランジスタ
インバータ３が出力する交流電圧の周波数と同じ値の周
波数で、かつ第１調節器15の出力量に対応した振幅の基
準正弦波信号を出力する正弦波発生回路21を備え、この
正弦波発生回路21からの基準正弦波信号と、計器用変圧
器11が検出するトランジスタインバータ３の出力交流電
圧信号との偏差を、比例演算器で構成している第２調節
器22に入力し、この第２調節器22から、その入力偏差を
最小にする制御信号を取出しているところが、第２図で
既述の第１従来例回路と異なるところであって、それ以
外はすべて第１従来例回路と同じである。

上述の構成の第２従来例回路は、たとえば負荷電流が
急増して、フィルタ４に電圧降下を生じた場合でも、基
準正弦波信号の振幅は平滑回路13や第１調節器15の時定
数のために、その変化は緩やかである。それ故、第２調
節器22へ入力する偏差量が大となるので、この第２調節
器22の出力が素早く変化して、トランジスタインバータ
３の出力電圧変動を最小限に抑制する効果を発揮する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この第２従来例回路において、トラン
ジスタインバータ３の出力交流電圧信号と、基準正弦波
信号との偏差を入力し、この入力偏差を最小にする制御
信号を出力する第２調節器22は、この第２調節器22の出
力信号と別途に得られる搬送波とでパルス幅変調信号を
創成することから、そのゲインを大きく（最低でも１よ
り大でなければならない）する必要があり、この比例演
算器で構成している第２調節器22は、ゲインを増大させ
るに従ってその動作が不安定になる不都合を生じる。

そこでこの発明の目的は、インバータの出力交流電圧
の変化に素早く応答して過渡電圧変動の抑制動作と、定
常電圧偏差零の動作とを、安定して行わせようとするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明の電圧制御回
路は、交流フィルタを備え、パルス幅変調制御により正
弦波交流電圧を出力するインバータにおいて、前記イン
バータが出力する交流電圧を整流・平滑して電圧実際値
を得る手段と、電圧目標値を設定する手段と、これら電
圧目標値と電圧実際値との偏差を零に調節する第１調節
手段と、前記インバータが出力する交流電圧の周波数と
等しい値の周波数で、前記第１調節手段の出力量に対応
した振幅の基準正弦波信号を発生する正弦波発生手段
と、この基準正弦波信号と前記インバータから検出する
交流電圧信号との偏差を最小に調節する第２調節手段
と、当該第２調節手段の出力と前記基準正弦波信号とを
加算する手段と、この加算手段の出力と別途に発生する
搬送波とからパルス幅変調された信号を作り出す変調手
段とを備えるものとする。

〔作用〕

インバータが出力する交流電圧信号と、周波数がこの
交流電圧信号に等しい基準正弦波信号との偏差を、比例
演算器で構成している第２調節器に入力して、この第２
調節器の入力偏差を最小にする制御信号を出力させるこ
とで、インバータ出力交流電圧の過渡的な変動を素早く
抑制しようとするのであるが、そのためにはこの第２調
節器のゲインを大きくする必要があり、これが制御動作
を不安定にする原因である。そこで、基準正弦波信号に
補正量を加算することで、インバータ出力交流電圧と一
致した量を得るようにし、この補正量として第２調節器
の出力を使用すれば、当該第２調節器のゲインを小さく
でき、従って不安定動作を解消できることとなる。

〔実施例〕 第１図は本発明の実施例を示すブロック図であり、こ
の第１図にもとづいて本発明の内容を下記に詳説する。

第１図において、スイッチング素子として使用するト
ランジスタに対してフィードバックダイオードを逆並列
接続することで構成されたアームをブリッジ接続してト
ランジスタインバータ３を形成し、直流電源２からの直
流電力をこのトランジスタインバータ３に入力させ、ス
イッチング素子としての各トランジスタを順次オン・オ
フ動作させるとき、このトランジスタインバータ３は交
流電力を出力する。このトランジスタインバータ３が出
力する交流電圧には高調波成分が含まれているので、リ
アクトルやコンデンサで構成しているフィルタ４によ
り、この高調波成分を吸収・除去して正弦波状としたの
ち、負荷５に給電する。

トランジスタインバータ３とフィルタ４とで構成して
いるインバータ装置が出力する交流電圧は、下記のよう
にして一定値に制御される。すなわち、計器用変圧器11
で検出した交流電圧を整流器12で整流し、さらに平滑回
路13で平滑して電圧実際値信号とするのであるが、ここ
で平滑回路13は、たとえばコンデンサなどが構成要素と
なっているので、動作時間に遅れを有する。また電圧設
定器14が所定の電圧目標値信号を設定するので、この電
圧目標値信号と上記の電圧実際値信号との偏差を比例積
分演算器で構成した第１調節器15に入力させると、この
第１調節器15からは、入力電圧偏差に対応した制御信号
を出力する。ところでこの第１調節器15にも動作時間に
遅れがある。

一方、基準正弦波発生回路21は、計器用変圧器11が検
出するインバータ装置出力電圧の周波数と同じ周波数の
基準正弦波信号を出力するのであるが、この基準正弦波
信号の振幅は、前述した第１調節器15からの出力に対応
して変化するようになっている。そこでこのようにして
得られた基準正弦波信号と、計器用変圧器11で検出され
るインバータ装置から正弦波状の交流電圧とを比較し、
両者の偏差を比例演算器で構成した第２調節器22に入力
させる。この第２調節器22からは入力偏差に対応した正
弦波状の信号が時間遅れを伴うことなく出力される。

加算器23は、正弦波発生回路21が出力する基準正弦波
信号と、上述の第２調節器22の出力信号とを加算し、そ
の加算結果をパルス幅変調回路18へ送出している。この
とき第２調節器22の出力は、基準正弦波信号に対する補
正量として加算することになるので、第２調節器22のゲ
インを大にする必要はなく、場合によっては１よりも小
さな値にすることも可能である。このようにゲインを小
にできることから、当該第２調節器22の動作が不安定に
なるおそれは解消できる。

パルス幅変調回路18は、搬送波発生回路17が出力する
搬送波と、上述の加算器23が出力する正弦波状の信号と
を入力して、正弦波変調されたパルス幅のパルス列を出
力する。制御回路19はパルス幅変調回路18からの信号に
より、適切なタイミングで各トランジスタをオン・オフ
動作させるベース信号を作り出しているので、これによ
りトランジスタインバータ３が出力する交流電圧は電圧
設定器14で設定している電圧目標値信号と一致するよう
に制御される。

上述のように回路構成にすることにより、たとえば負
荷５が急激に増加して計器用変圧器11で検出する交流電
圧が低下したとしても、その時点においては基準正弦波
発生回路21が出力する基準正弦波の振幅は変化していな
いので、第２調節器22の入力偏差は増大する。第２調節
器22はこの入力偏差の変化に直ちに応答するのである
が、前述したようにこの第２調節器22の出力は、基準正
弦波信号の補正量であることから、大きな出力量は必要
としない。従ってゲインを小さくして不安定動作を排除
できる。

加算器23の出力に対応して、パルス幅変調回路18は変
調率λを大にして、トランジスタインバータ３が出力す
る電圧を素早く突上げ、過渡的な電圧変動を最小限度に
抑制することができる。一方では計器用変圧器11で検出
した交流電圧を整流器12と平滑回路13とにより平滑な直
流電圧信号に変換して、電圧設定器14の設定値と比較す
るようになっているので、第１調節器15はその入力電圧
偏差、すなわち電圧実際値と電圧目標値との偏差を零に
するように基準正弦波信号の振幅を変化させるので、定
常的な電圧変動による偏差は零となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、インバータ装置が出力する交流電
圧の平均値である電圧実際値と、別途設定している電圧
目標値との偏差が、第１調節器で零となるように調節
し、この第１調節器の出力量に対応した振幅の基準正弦
波信号と、インバータ装置が出力する交流電圧信号との
偏差が最小となるように、第２調節器で調節する。この
第２調節器のゲインは小さな値とし、その出力を前記の
基準正弦波信号に補正量として加算したものを、パルス
幅変調制御に使用する回路構成にしているので、インバ
ータ装置の出力電圧の急変に対しては第２調節手段を備
えたループが直ちに対応して当該インバータ装置の出力
電圧の過渡変動が最小となるように動作すると同時に、
応答時間遅れ要素を含んでいる第１調節手段を備えたル
ープが定常偏差を零にするので、当該インバータ装置
は、外乱に対して過渡電圧変動を抑制する動作を安定し
て行うことができ、かつ定常偏差も零にできる効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は定
電圧の交流電力を出力するインバータの第１従来例を示
すブロック図、第３図は定電圧の交流電力を出力するイ
ンバータの第２従来例を示すブロック図である。 ２……直流電源、３……トランジスタインバータ、４…
…フィルタ、５……負荷、11……計器用変圧器、12……
整流器、13……平滑回路、14……電圧設定器、15……第
１調節器、16……正弦波発生回路、17……搬送波発生回
路、18……パルス幅変調回路、19……制御回路、21……
正弦波発生回路、22……第２調節器、23……加算器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流フィルタを備え、パルス幅変調制御に
   より正弦波交流電圧を出力するインバータにおいて、前
   記インバータが出力する交流電圧を整流・平滑して電圧
   実際値を得る手段と、電圧目標値を設定する手段と、こ
   れら電圧目標値と電圧実際値との偏差を零に調節する第
   １調節手段と、前記インバータが出力する交流電圧の周
   波数と等しい値の周波数で、前記第１調節手段の出力量
   に対応した振幅の基準正弦波信号を発生する正弦波発生
   手段と、この基準正弦波信号と前記インバータから検出
   する交流電圧信号との偏差を最小に調節する第２調節手
   段と、当該第２調節手段の出力と前記基準正弦波信号と
   を加算する手段と、この加算手段の出力と別途に発生す
   る搬送波とからパルス幅変調された信号を作り出す変調
   手段とを備えていることを特徴とするインバータの電圧
   制御回路。