JP2762628B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は負荷（例えば空気調和機等の圧縮機）の制
御に用いられるインバータ制御装置に係り、更に詳しく
は負荷をインバータ制御するに際し、V/Fパターンを任
意に切り替えられる汎用性に優れたインバータ制御装置
に関するものである。

［従来例］ 近年、この種のインバータ制御装置は、空気調和機だ
けでなく種々家電機器に用いられるようになった。

ここで、空気調和機を例にして説明すると、第15図に
示されるように、そのインバータ制御装置には、圧縮機
（負荷）１を駆動する複数のスイッチング素子（トラン
ジスタ）からなるパワー・トランジスタ部２と、その圧
縮機１の運転周波数に応じた波形データ、例えば電気角
60度分（あるいは30度分）のタイムデータおよびスイッ
チデータを種々記憶するメモリ部３と、その運転周波数
の指令に応じてメモリ部３から所定波形データを読み出
し、この波形データに基づいて前記複数のスイッチング
素子を所定時間ON,OFFするための制御信号を出力する制
御部（CPU:マイクロコンピュータ）４と、その制御信号
により上記複数のトランジスタを駆動するベース駆動部
５とが備えられている。

そして、リモコンやパネル等の操作に応じた所定運転
周波数の指令が出力されると、その運転周波数指令に対
応する電気角60度分の波形データがメモリ部３から読み
出され、これら波形データに基づいて圧縮機１のPWM波
形（（pulse width modulaition;パルス信号）が得られ
る。このとき、第16図に示されるように、その波形デー
タは、時間データ記憶制御方式である場合、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の正弦波6,7,8とキャリア波形９の交点から次
の交点までの間隔のデータ（タイムデータ）と、その間
のキャリア波形９と正弦波６との大小のデータ（スイッ
チデータ）とにより得られる。この場合、例えば第17図
に示されるように、例えば区間Ａにおいては50μｓのタ
イムデータと“001110"のスイッチデータとが得られ、
区間Ｂにおいては64μｓのタイムデータと“101010"の
スイッチデータとが得られる。なお、スイッチデータの
“x,y,z"は“U,V,W"を反転したものである。したがっ
て、メモリ部３には予め上記圧縮機１の運転周波数に対
応したタイムデータおよびスイッチデータ“U,V,W"だけ
が記憶される。それらタイムデータおよびスイッチデー
タがメモリ部３から繰り返して読み出され、それら波形
データによる60度分の基本波形パターン（PWM波形）が
繰り返されることにより、１周期のパターン（近似正弦
波）が得られる。

更に詳しく説明すると、最初にその制御部４のI/Oポ
ート（U,V,W,x,y,z）からは時間50μｓの間“001110"の
信号が出力される。次に、I/Oポート（U,V,W,x,y,z）か
らは時間64μｓの間“101010"の信号が出力される。以
下同様に、そのI/Oポート（U,V,W,x,y,z）からはタイム
データによる時間の間“1",“0"を組せた信号が出力さ
れる。すなわち、I/Oポートからはそれら“1",“0"の信
号のパルス列が出力され、これらパルス列がベース駆動
部５に入力される。すると、このベース駆動部５にてパ
ワー・トランジスタ部２の各トランジスタが駆動され、
そのI/Oポートの出力（U,V,W）に対応するパルス状の電
圧波形が圧縮機１に印加される。それらパルス状電圧に
より、圧縮機１にはＵ−V,V−W,W−Ｕ相間電圧波形が印
加されるため、その圧縮機１には近似的な正弦波電流が
流れ、圧縮機１のモータが駆動される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記空気調和機にあっては、機種によって
能力が異なり、例えば2500kcal、2800kcal等の異なる圧
縮機１は用いられるため、それた圧縮機１に応じて上記
インバータ制御のV/Fパターンを変える必要がある。

しかし、上記インバータ制御装置においては、PWM波
形を得るためのデータ、つまり各運転周波数に対し電気
角60゜分のタイムデータ、スイッチデータを用意しなけ
ればならず、どうしてもメモリ容量が大きくなり、異な
るV/Fパターンに応じたPWM波形のデータを用意しようと
すると、メモリ容量が膨大なものになってしまう。した
がって、一つのインバータ制御装置には通常一つのV/F
パターンのPWM波形のデータしか記憶しておくことがで
きず、汎用性に乏しかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その
目的はメモリ容量を増加することなく、異なるV/Fパタ
ーンのPWM波形を出力することができ、汎用性のあるイ
ンバータ制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、負荷のイン
バータ制御に際し、上記負荷の目標周波数に対応する波
形データをメモリより読み出すとともに、この波形デー
タに基づいてPWM波形を得、このPWM波形によりスイッチ
ング・トランジスタをON/OFF駆動し、上記負荷に印加す
る電圧波形を出力するインバータ制御装置において、正
弦波の電気角60度分または120度分若しくは180度分を等
分割し、この等分割位置における正弦波の波高値を基本
波データとして記憶する第１のメモリと、上記負荷の運
転周波数に対応して上記基本波データを読み出すステッ
プデータを記憶する第２のメモリと、上記基本波データ
に乗算して上記出力波形の電圧を調整するための電圧デ
ータ（電圧係数データ）を異なるV/Fパターン毎に複数
種類記憶する第３のメモリと、上記正弦波に一定周波数
のキャリア波を重畳し、このキャリア波の山あるいは谷
から上記基本波データに対応するキャリア波の位置まで
の間隔をタイムデータとして記憶する第４のメモリと、
上記負荷の運転周波数に応じて上記第２のメモリのステ
ップデータを記憶する一時記憶手段と、上記複数種類の
V/Fパターンの一つを指示する指示手段と、上記運転周
波数の変更に際し、上記ステップデータを読み出して上
記一時記憶手段に記憶し、この記憶したステップデータ
に基づいて上記基本波データを読み出すとともに、上記
指示手段によるV/Fパターンに応じた電圧データを読み
出し、この電圧データと上記読み出した基本波データと
を乗算し、かつ、この算出値に対応する上記タイムデー
タを上記キャリア波の半周期の時間毎に内部のリアルタ
イマに設定する制御手段とを備え、上記内部のリアルタ
イマの設定値に応じてリアルタイムI/Oポートの出力を
反転制御し、上記PWM波形を上記指示V/Fパターンにした
がうようにしたことを要旨とする。

［作用］ 上記構成としたので、上記指示手段にて所定V/Fパタ
ーンが出されると、上記リアルタイマにセットされるタ
イムデータを得るに際し、第３のメモリの電圧データを
読み出すスタートアドレスはその指示V/Fパターンに応
じて決定される。

そして、上記第１乃至第３のメモリのデータに基づい
て、第４のメモリのタイムデータを読み出す演算処理が
行われ、この演算結果により読み出されたタイムデータ
が上記リアルタイマにセットされる。このセットにより
リアルタイマI/Oポートが反転出力され、この出力がPWM
波形とされ、かつ、上記指示V/Fパターンにしたがった
ものにされる。

このように、負荷をインバータ制御するに際し、第３
のメモリに異なるV/Fパターンに応じて電圧データを記
憶しておくことにより、V/Fパターンを任意に切替るこ
とができ、しかもメモリ容量がそれほど増大する必要も
ない。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を第１図乃至第14図に基づい
て説明する。なお、第１図中、第15図と同一部分には同
一符号を付し重複説明を省略する。

第１図乃至第８図において、インバータ制御装置に
は、リアルタイマおよびそのI/Oポートを有する制御部
（CPU）10aが備えられ、さらに所定正弦波11の電気角60
度分または120度分若しくは180度分を等分割し（例えば
その正弦波の電気角60度を256等分割とし）、この等分
割位置にて得られる正弦波11の高さの値を基本波データ
（第３図に示す）として記憶する第１のROM（メモリ）1
2aと、負荷の運転周波数に応じて上記基本波データを読
み出すステップデータ（第４図に示す）を記憶する第２
のROM（メモリ）12bと、そのステップデータにより読み
出された基本波データに乗算する電圧データ（第５図に
示す）を種々V/Fパターン毎に複数記憶する第３のROM
（メモリ）12cと、上記正弦波11に一定周波数のキャリ
ア波を重畳し、このキャリア波13の山あるいは谷の点か
ら上記等分割による正弦波11の高さの値の位置までの間
隔をタイムデータI,II（第８図に示す）として記憶する
第４のROM（メモリ）12dとを有するROM（メモリ）12と
が備えられている。また、上記制御部10aは、負荷のイ
ンバータ制御に際し、第２のROM12bの一定個数のステッ
プデータを記憶する内部メモリ（一次記憶手段）10b
と、所定V/Fパターンの指示信号を入力する入力手段10c
と、内部メモリ10bのステップデータを順次読み出すと
ともに、このステップデータに基づいて上記基本波デー
タを読み出し、かつ、この基本波データと上記電圧デー
タとを乗算し、この算出値に対応する上記タイミデータ
を一定時間、例えば上記キャリア波の半周期の時間（PW
Mタイマの時間）毎に上記リアルタイマに設定する機能
を有している。なお、上記制御部10aおよびROM12等によ
りマイクロコンピュータ10が構成されている。

また、第９図に示されているように、V/Fパターンの
指示信号としては、空気調和機の室内機と室外機との間
のシリアル信号を用い、例えば空気調和機の電源がONに
されたとき、室内機側から送られる信号の最初に載せ、
マイクロコンピュータ10に入力し、この、マイクロコン
ピュータ10にてその信号を解読すればよい。

さらに、第10図に示されているように、入力手段とし
てマイクロコンピュータ10のI/O入力ポートを用い、指
示手段としては同図の破線に示すジャンパ線により抵抗
14の電圧降下を得、例えば４ビットデータとし、このデ
ータを所定V/Fパターンの指示信号として入力するよう
にしてもよい。

さらにまた、第11図に示されているように、入力手段
としてマイクロコンピュータ10のA/D変換入力ポートを
利用し、指示手段として可変抵抗15の可変抵抗の電圧降
下を得、このアナログ電圧値を所定V/Fパターンの指示
信号として入力するようにしてもよい。

なお、第２図および第３図において、上記基本波デー
タは等分割における平均値になっているが、その等分割
の一端部における値であってもよい。また、その基本波
データは正弦波11の波高値Ｈを256とし、キャリア周波
数fcを3.3kHzとし、制御率を２とした場合の値である。

ここで、第２図乃至第８図を参照して、上記第１乃至
第４のROM12a,12b,12c,12dに記憶されるデータについて
説明する。

まず、第２図に示されるように、波高値（Ｈ＝256）
の正弦波11の60度を256等分割し、この等分割における
正弦波11の高さ（Ha）をHa＝255sinθにより算出し、こ
の算出した値を基本波データとする。また、上記同様に
して正弦波11の60度〜120度および120度〜180度におい
て、それぞれを256に等分割し、この等分割における正
弦波11の高さを算出し、この算出した値を基本波データ
とする（第３図に示す）。

また、第４図に示されるように、ステップデータは負
荷の運転周波数が高くなる程、大きい値になっている。
そして、その運転周波数で圧縮機１を制御する場合、上
記内部メモリ10bに記憶されている一定個数（例えば20
個）のステップデータにより上記基準波データが順次読
み出される。

さらに、第５図に示されるように、電圧データは、出
力波形の電圧を調整する働きがあり、上記読み示された
基本波データとの乗算により後述するタイムデータ1,II
が得られる。また、第５図には一つのV/Fパターンにお
けるデータが記載されているが、このようなデータが種
々V/Fパターン毎に用意され、第３のROM12cに記憶され
ている。

さらにまた、第６図の第８図に示されるように、傾き
負のキャリア波13aの山からそのキャリア波13aと基本波
データとの交差点αａまでの間隔（時間:Tai）がタイム
データＩであり、傾き正のキャリア波13bの谷からその
キャリア波13bとの基本波データとの交差点αｂまでの
間隔（時間;Tbi）がタイムデータIIである。なお、上記
第４のROM12dには上記算出値ｉがタイムデータI,IIに対
応して記憶されている（第６図に示す）。

次に、上記インバータ制御装置の動作を第12図、第13
図のフローチャート図および第14図のタイムチャート図
に基づいて説明する。

まず、圧縮機１をインバータ制御するに際し、インバ
ータ制御装置にて入力手段10cから入力するV/Fパターン
の指示信号が読み取られる（ステップST1）。このと
き、その外部からの指示信号は圧縮機１に適合したV/F
パターンを選択する情報になっている。そして、入力指
示信号の解読が実行され、この解読に応じて第３のROM1
2cのうち指示V/Fパターンに対応した電圧データ領域の
先頭アドレスが決定される（ステップST2）。

続いて、運転周波数（Fo）データの読み込みが実行さ
れ（ステップST3）、こ例えば16Hzに対するデータ（R2;
第４図に示したステップデータ）が第２のROM12bから読
み出され（ステップST4）、さらに第３のROM12cからは
上記決定された電圧データ領域のデータ（R3）が読み出
される（ステップST5）。このとき、上記外部指示によ
るV/Fパターンが第５図に該当するものである場合、第
３のROM12cからは“18"が読み出されることになる。

続いて、基準タイマのスタート処理が実行される（ス
テップST6）。この処理においては、キャリア波13の半
周期毎（例えば150μｓ）に割込みが発生され、上記V/F
パターンにしたがい、圧縮機１の周波数を16HzとするPW
M波形が出力される。これを第13図のルーチンに基づい
て詳しく説明すると、まずタイマがスタートされ（ステ
ップST11）、さらにタイムデータ（R4;第８図に示すデ
ータ）がセットされ（ステップST12）、さらに次回にリ
アルタイマにセットするタイムデータの算出処理が実行
される（ステップST13）。この処理においては、次のス
テップデータR2（R2＋ステップ値）の演算が行われ、こ
の演算によるデータに基づいて第１のROMからは基本波
データ（R1;第３図に示すデータ）が読み出される。そ
して、Acc＝R1×R3/補正値の演算が行われ、この演算結
果に基づいて第４のROM12dのタイムデータ（R4;第８図
に示すデータ）が得られる。すなわち、第３図に示され
ているように、ステップデータが“3",“3",“3",…で
あれば、R2が（R2）＋（ステップ値）により“2",“5",
“8",…とされ、これらのアドレスの基本波データ“3",
“6",“9",…（電気角60度分の場合）が読み出される。
さらに、それら基本波データと電圧データとが順次乗算
されるが、圧縮機１の最大制御率が２の場合、0.01の精
度の制御率を得るため100倍、つまり電圧データ“200"
となることから、基本波データ（R1）×（電圧データ
（R3）/200）の演算が順次行われ、第８図に示す所定算
出値が得られる。すると、その算出値に対応するタイム
データが得られ、例えば前タイムデータがタイムデータ
Ｉである場合、同じ算出値に対応するタイムデータIIが
第１のROM12dから読み出され、しかもそれらタイムデー
タは、例えば20個のステップデータに対応して得られ
る。

続いて、リアルタイマI/Oの出力処理が実行される
（ステップST7）。この出力処理においては、第14図に
示されているように、既にリアルタイマにセットされた
タイムデータに対応する時間が上記タイマで計測される
と、タイムデータリアルタイマI/Oの出力が反転制御さ
れる。そして、上記運転周波数（Fo）に変更がない場合
（ステップST8）、キャリア波13の半周期毎に、第13図
のルーチンが繰り返し実行されることになる。したがっ
て、内部メモリ10bのステップデータ（一定個数；例え
ば20個）に基づいて得られたタイムデータが順次第４の
ROM12dから読み出され、このタイムデータがリアルタイ
マにセットされ、このリアルタイマによりリアルタイマ
I/Oポートが反転制御される。この反転制御によりその
リアルタイマI/Oポートからは圧縮機１を上記16Hzでイ
ンバータ制御するPWM波形が出力されることになる。し
かも、その運転周波数16Hzのインバータ制御に際し、V/
Fパターンは最初の指示に応じたものにされている。

一方、上記運転周波数（Fo）に変更があると（ステッ
プST8）、例えば（Ｆ＝17Hz）に変更されたものとする
と、その新周波数（17Hz）に対するステップデータが第
２のROM12bから読み出され、内部メモリ10bに一時書き
込まれる。さらに、その17Hzに対する電圧データが第３
のROM12cの上記指示V/Fパターンに対応する電圧データ
領域から読み出される。そして、キャリア半周期毎の割
込み発生により、第13図のルーチンが実行されることに
なる。すると、第14図に示されているように、上記同様
の処理が実行され、この処理により第４のROM12aからは
タイムデータＩあるいはIIが読み出されてリアルタイマ
にセットされ、さらに次のタイムデータＩあるいはIIを
得るための処理が行われる。これにより、リアルタイム
I/OポートはそのセットタイムデータＩあるいはIIに応
じて反転制御され、この反転制御により圧縮機１を17Hz
で制御するPWM波形が得られる。しかも、その運転周波
数17Hzのインバータ制御に際し、V/Fパターンは最初の
指示に応じたものにされている。

なお、リアルタイムI/Oポートからは、Ｕ相、Ｖ相お
よびＷ相のPWM波形が出力されるとともに、それらの反
転ｘ相、ｙ相およびｚ相のPWM波形が出力され、これらP
WM波形のパルス列がベース駆動部５に入力される。する
と、そのベース駆動部５にてパワー・トランジスタ部２
の各トランジスタが駆動され、上記PWM波形に対応する
パルス状の電圧波形が圧縮機１に印加されるため、圧縮
機１にはＵ−V,V−W,W−Ｕ相間電圧波形が印加され、そ
の圧縮機１には近似的な正弦波電流が流れ、圧縮機１の
モータが駆動される。

また、上記圧縮機１のインバータ制御に際し、圧縮機
１のV/Fパターンが異なる場合、その異なるV/Fパターン
の指示が外部から入力し、この外部指示の解読が上記同
様に実行され、この読解により第３のROM12cに設けられ
た所定電圧データ領域のスタートアドレスが決定され
る。このように、第３のROM12c内に種々V/Fパターンに
対応する電圧データを記憶しておくことにより、インバ
ータ制御のV/Fパターンに切り替えることができ、汎用
性のあるインバータ制御装置を得ることができる。

さらに、ROM12には、所定正弦波11による基本波デー
タと、一定周波数としたキャリア波13とその基本波デー
タによるタイムデータＩあるいはIIと、運転周波数に対
応してそのタイムデータI,IIを得るためのステップデー
タ（基本波データの読み込み間隔データ）および電圧デ
ータとが記憶され、しかもその電圧データが種々異なる
V/Fパターン毎に複数記憶されるが、従来と比較してメ
モリ容量は遥かに少なくてよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明のインバータ制御装置
によれば、所定正弦波を等分割し、この等分割位置にお
ける基本波データと、その正弦波に一定周波数のキャリ
ア波を重畳し、このキャリア波の山あるいは谷から上記
基本波データに対応するキャリア波の位置までのタイム
データと、負荷（圧縮機）の運転周波数に応じて上記基
本波データを読み込むため、各周波数毎に所定数個のス
テップデータ、上記運転周波数に対し、かつ、種々V/F
パターンに応じた電圧データとを備え、インバータ制御
に際し、上記ステップデータに応じた基本波データと指
示されたV/Fパターンの電圧データとを演算処理し、そ
の結果得られた算出値に対応するタイムデータをリアル
タイムに設定し、リアルタイムI/Oポートの出力波形をP
WM波形としたので、PWM波形を得るためのデータのメモ
リ容量が小さくてよく、また負荷が異なっても、その負
荷に応じたV/Fパターンでインバータ制御を行なうこと
ができるため、インバータ制御装置の汎用性を高めるこ
とができ、しかもデータのメモリ容量が僅かに増加する
だけでよいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すインバータ制御装置
の概略的ブロック図、第２図、第６図および第７図は上
記インバータ制御装置に用いられるデータの算出を説明
するための図、第３図、第４図、第５図および第８図は
上記インバータ制御装置に用いられるROMの内容を説明
するための図、第９図乃至第11図はこの発明のインバー
タ制御装置におけるV/Fパターン指示の他の実施例を説
明するための図、第12図および第13図は上記インバータ
制御装置を説明するためのフローチャート図、第14図は
上記インバータ制御装置を説明するためのタイムチャー
ト図、第15図は従来のインバータ制御装置の概略的ブロ
ック図、第16図は従来のインバータ制御装置に用いられ
るデータを得る方法を説明するための図、第17図は従来
のインバータ制御装置に用いられるROMの内容を説明す
るための図である。 図中、１は圧縮機（負荷）、２はパワー・トランジスタ
部（複数のスイッチング素子）、５はベース駆動部、10
はマイクロコンピュータ、10aは制御部（CPU）、10bは
内部メモリ（一時記憶手段）、10cは入力手段（V/Fパタ
ーン指示信号の）、11は正弦波、12はROM、12aは第１の
ROM（基本波データ用）、12bは第２のROM（ステップデ
ータ用）、12cは第３のROM（電圧データ用）、12dは第
４のROM（タイムデータ用）、13,13a,13bはキャリア波
形、14は抵抗、15は可変抵抗である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 7/63 H02M 7/521 H02M 7/525 - 7/5395

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷のインバータ制御に際し、前記負荷の
   目標周波数に対応する波形データをメモリより読み出す
   とともに、該波形データに基づいてPWM波形を得、該PWM
   波形によりスイッチング・トランジスタをON/OFF駆動
   し、前記負荷に印加する電圧波形を出力するインバータ
   制御装置において、 正弦波の電気角60度分または120度分若しくは180度分を
   等分割し、該等分割位置における正弦波の波高値を基本
   波データとして記憶する第１のメモリ（ROM）と、 前記負荷の運転周波数に対応して前記基本波データを読
   み出すステップデータを記憶する第２のメモリ（ROM）
   と、 前記基本波データに乗算して前記出力波形の電圧を調整
   するための電圧データを異なるV/Fパターン毎に複数種
   類記憶する第３のメモリ（ROM）と、 前記正弦波に一定周波数のキャリア波を重畳し、該キャ
   リア波の山あるいは谷から前記基本波データに対応する
   キャリア波の位置までの間隔をタイムデータとして記憶
   する第４のメモリ（ROM）と、 前記負荷の運転周波数に応じて前記第２のメモリのステ
   ップデータを記憶する一時記憶手段と、 前記複数種類のV/Fパターンの一つを指示する指示手段
   と、 前記運転周波数の変更に際し、前記ステップデータを読
   み出して前記一時記憶手段に記憶し、該記憶したステッ
   プデータに基づいて前記基本波データを読み出すととも
   に、前記指示手段によるV/Fパターンに応じた電圧デー
   タを読み出し、該電圧データと前記読み出した基本波デ
   ータとを乗算し、かつ、該算出値に対応する前記タイム
   データを前記キャリア波の半周期の時間毎に内部のリア
   ルタイマに設定する制御手段とを備え、 前記内部のリアルタイマの設定値に応じてリアルタイム
   I/Oポートの出力を反転制御し、前記PWM波形を前記指示
   V/Fパターンにしたがうようにしたことを特徴とするイ
   ンバータ制御装置。
2. 【請求項２】前記指示手段は空気調和機の室内機と室外
   機との間で授受されるシリアル信号による請求項（１）
   記載のインバータ制御装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は入出力ポートを有するマイ
   クロコンピュータであり、前記指示手段は前記入力ポー
   トに複数ビットの信号を入力するようにした請求項
   （１）記載のインバータ制御装置。
4. 【請求項４】前記制御手段はA/D変換入力ポートを有す
   るマイクロコンピュータであり、前記指示手段は前記A/
   D変換入力ポートに所定アナログ信号を入力するように
   請求項（１）記載のインバータ制御装置。