JP2911200B2

JP2911200B2 - インバータの制御装置

Info

Publication number: JP2911200B2
Application number: JP2245902A
Authority: JP
Inventors: 和治大橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH04125070A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、PWM制御されるインバータに係り、特に
は、同期モード及び非同期モードの一方から他方に切換
えるインバータの制御装置に関する。

（従来の技術）負荷例えば誘導電動機に可変周波数の交流電力を供給
するインバータとしては、出力電圧の基本成分である変
調波と三角波等の搬送波とを比較してパルス信号を得、
このパルス信号の幅に応じてインバータのスイッチング
素子をオン，オフ制御するPWM（パルス幅変調）制御方
式の電圧形のものが一般的であり、更に、このPWM制御
方式は同期式と非同期式とに大別される。

同期式のPWM制御によるインバータは、出力周波数と
搬送波周波数とが整数比となる運転モードが採用される
もので、出力の位相に対応して搬送波の位相が定まって
いるが、出力周波数が低くなると、パルス信号の間隔が
広くなり過ぎて、電流に脈動が生じ易い。

又、非同期式のPWM制御によるインバータは、出力周
波数が変化しても搬送波周波数を一定に保つ運転モード
が採用されるもので、出力の位相と搬送波の位相とは運
転状態により異なるようになり、このため、出力周波数
が高くなると、出力の位相と搬送波の位相との状態によ
って電流或いはトルクに脈動が生じ易い。

そこで、従来では、例えば特開昭60−174088号公報に
開示されているように、出力周波数の低いところでは非
同期式PWM制御とし、出力周波数の高いところでは同期
式PWM制御とするように切換えるようにしたものが考え
られている。これを第５図に示す。

即ち、第５図において、インバータ１は、直流電源２
からの直流電力をスイッチング素子たるトランジスタの
オン，オフにより交流電力に変換するもので、その交流
電力を負荷たる誘導電動機３に供給するようになってい
る。信号発生回路４は、出力波形基準生成回路５からの
出力波形基準Ｖ^＊と搬送波発生回路６からの出力lsとを
比較してパルス信号を発生するもので、このパルス信号
をPWM指令として前記インバータ１のトランジスタのベ
ースに与えるようになっている。前記出力波形基準生成
回路５は、出力電圧の基準値Ａ^＊と位相制御回路７から
の周波数基準θとから出力波形基準Ｖ^＊を演算するもの
である。又、位相制御回路７は、周波数基準^＊から出
力電圧の周波数基準θ及び同期モード搬送波周波数cs
を出力するもので、その同期モード搬送波周波数csは
切換回路８に与えられるようになっている。そして、切
換回路８は、周波数基準^＊と切換周波数chgとを比
較する比較回路９からの出力信号に応じて、同期モード
搬送波周波数cs及び非同期モード指令搬送波周波数
ca^＊の一方を選択して搬送波発生回路６に出力するよう
になっている。

而して、上記構成において、非同期モードから同期モ
ードに切換えるに際して、第６図に示すように、切換周
波数chgにおいて、非同期モードの指令搬送波周波数
ca^＊と同周波数から同期モードを実行させる場合と、
第７図に示すように、切換周波数chgにおいて、非同
期モードの搬送波周波数ca^＊からこれよりも低い周波
数にジャンブさせて同期モードを実行させる場合とがあ
る。

（発明が解決しようとする課題）従来において、第６図に示すように切換える場合に
は、モード切換え付近で非同期モード実行時の搬送波周
波数が同期モードの搬送波周波数に近くなることから、
そのモード切換え付近で出力電圧に低次のゆらぎを生ず
る問題があり、又、第７図に示すように切換える場合に
は、モード切換え時に搬送波周波数がジャンプすると、
過電圧が発生したり或いは負荷振動が生じたりする問題
がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、同期モード及び非同期モードの一方から他方への切
換え時に、出力電圧に低次のゆらぎが生ずることを極力
防止し得るとともに、過電圧或いは負荷振動の発生を防
止し得るインバータの制御装置を提供するにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のインバータの制御装置は、変調波と搬送波と
の比較に応じてPWM制御が行なわれるインバータにおい
て、同期モード及び非同期モードの一方から他方への切
換えに際して非同期モードの状態で搬送波周波数を一方
のモードの搬送波周波数から他方のモードの搬送波周波
数まで連続的に変化させる制御手段を設ける構成に特徴
を有する。

（作用）本発明のインバータの制御装置によれば、同期モード
及び非同期モードの一方からの切換えに際して、非同期
モードの状態で搬送波周波数が一方のモードの搬送波周
波数から他方のモードの搬送波周波数まで連続的に変化
させるようになるので、一方のモード実行時の搬送波周
波数がモード切換え付近で急に他方のモードの搬送波周
波数に近くなることはなく、又、一方のモードの搬送波
周波数から他方のモードの搬送波周波数に急にジャンプ
することもない。

（実施例）以下、本発明の一実施例につき第１図乃至第３図を参
照しながら説明する。

先ず、第１図に従って全体の電気的構成につき述べ
る。11は直流電源であり、その正，負両端子は直流母線
12,13に接続されており、直流母線12,13間には直流フィ
ルタコンデンサ14が接続されている。15は電圧形のイン
バータであり、これは例えば６個のスイッチング素子た
るトランジスタを三相ブリッジ接続して構成され、その
直流入力端子は直流母線12,13に接続され、交流出力端
子は負荷たる三相誘導電動機16に接続されている。17は
位相制御回路であり、その入力端子には周波数基準^＊
が与えられるようになっている。この位相制御回路17
は、周波数基準^＊から出力電圧の周波数基準θ及び同
期モード搬送波周波数csを出力するもので、周波数基
準θを出力する出力端子は出力波形基準生成回路18の入
力端子に接続され、同期モード搬送波周波数csを出力
する出力端子は切換回路19の「１」側入力端子及び制御
手段たるマイクロコンピュータ20の入力ポートに接続さ
れている。この場合、切換回路19は、説明の便宜上、切
換スイッチで示されており、その「０」側入力端子及び
制御入力端子はマイクロコンピュータ20の各出力ポート
に接続され、出力端子は搬送波発生回路21の入力端子に
接続されている。そして、切換回路19は、制御入力端子
に論理信号「１」が入力されると「１」側接点をオン
し、論理信号「０」が入力されると「０」側接点がオン
するように切換わる。前記マイクロコンピュータ20は、
各入力ポートに周波数基準^＊，非同期モード指令搬送
波周波数ca^＊及び切換周波数chgが与えられるよう
になっていて、後述するように動作する。更に、前記出
力波形基準生成回路18は、入力端子に与えられる周波数
基準θともう一方の入力端子に与えれる基準値Ａ^＊とか
ら出力電圧の出力波形基準（変調波）Ｖ^＊を出力するも
ので、その出力端子は信号発生回路22の一方の入力端子
に接続されている。又、前記搬送波発生回路21は切換回
路19から与えられる搬送波周波数を有する例えば三角波
の搬送波を出力lsとして出力するもので、その出力端子
は信号発生回路22の他方の入力端子に接続されている。
信号発生回路22は、出力波形基準Ｖ^＊と出力lsとを比較
してパルス信号を出力するもので、その出力端子はイン
バータ15のトランジスタのベースに接続されている。そ
して、インバータ15においては、トランジスタがベース
にパルス信号がPWM指令として与えられることによりオ
ン，オフ制御され、以て、PWM制御により三相交流電力
を出力して三相誘導電動機16に与えるものである。

次に、本実施例の作用につき第２図のフローチャート
及び第３図のモード切換特性図をも参照して説明する
に、第２図のフローチャートは、マイクロコンピュータ
20においてモード切換に際して繰返し呼出されて実行さ
れるサブルーチン「cCON」（搬送波周波数切換え）と
して示されており、そして、このフローチャートにおい
ては、説明の便宜上、パラメータの入、出力ステップは
省略している。

先ず、同期モードから非同期モードに切換える場合に
つき述べる。マイクロコンピュータ20は、同期モードで
運転している場合には、切換信号Psaを論理信号「１」
とするようになっている。従って、切換回路19は、
「１」側接点をオンしており、位相制御回路17からの同
期モード搬送波周波数csをその「１」側接点を介して
搬送波発生回路21に与えている。この場合、同期モード
搬送波周波数csは、第３図に示すように、出力周波数
（周波数基準^＊）の変化に対してこれと比例するよう
に変化するものである。而して、マイクロコンピュータ
20は、「cCON」のサブルーチンになると、「^＊＜
chg」のステップS₁となり、周波数基準^＊が切換周波
数chgより小か否かを判断し、ここでは「YES」と判断
して次の「Psa＝１」の判断ステップS₂になる。マイク
ロコンピュータ20は、この時には切換信号Psaが論理信
号「１」になっていることから、この判断ステップS₂で
は、「YES」と判断して「ca←cs」の処理ステップS
₃となり、出力ポートから出力する非同期モード搬送波
周波数caをその時の同期モード搬送波周波数csと一
致させる。そして、マイクロコンピュータ20は、次の
「Psa←０」の出力ステップS₄となり、出力ポートから
の切換信号Psaを論理信号「０」とし、メインルーチン
に戻る（RET）。切換信号Psaが論理信号「０」になる
と、切換回路19は「０」側接点をオンするようになり、
マイクロコンピュータ20からの非同期モード搬送波周波
数caがその「０」側接点を介して搬送波発生回路21に
与えられるようになり、以て、非同期モードに切換わ
る。その後において、マイクロコンピュータ20は、再び
「cCON」のサブルーチンが呼出されると、判断ステッ
プS₁で「YES」と判断して「Psa＝１」の判断ステップS₂
となるが、この時には前述の処理ステップS₄で切換信号
Psaが論理信号「０」に切換えられていることから、こ
の判断ステップS₂では「NO」と判断して「ca:c
a^＊」の判断ステップS₅となる。マイクロコンピュータ2
0は、この判断ステップS₅では、非同期モード搬送波周
波数caと非同期モード指令搬送波周波数ca^＊との関
係が、ca＜ca^＊，ca＝ca^＊及びca＞ca^＊の
いずれであるかを判断するものである。そして、マイク
ロコンピュータ20は、この判断ステップS₅において、
ca＜ca^＊と判断した時には、「ca←ca＋△ｃ」
の処理ステップS₆となって、出力ポートから出力される
非同期モード搬送波周波数caにわずかな周波数△ｃ
を加算するようになり、逆に、ca＞ca^＊と判断した
時には、「ca←ca−△ｃ」の処理ステップS₇とな
って、出力ポートから出力される非同期モード搬送波周
波数caに周波数△ｃを減算するようになり、メイン
ーチンに戻る。以下、同様にして、マイクロコンピュー
タ20は、「cCON」のサブルーチンになる毎に、処理ス
テップS₆若しくはS₇で非同期モード搬送波周波数caに
周波数△ｃを加算若しくは減算するようになり、以
て、非同期モード搬送波周波数caを非同期モード指令
搬送波周波数ca^＊に徐々に近付くように即ち周波数△
ｃ分ずつ段階的に近付くように変化させる。尚、本実
施例においては、第３図に示すように、モード切換え時
における同期モード搬送波周波数caは非同期モード指
令搬送波周波数ca^＊よりも低く設定されているので、
実際には「ca←ca＋△ｃ」の処理ステップS₆が実
行されて、非同期モード搬送波周波数caは非同期モー
ド指令搬送波周波数ca^＊に向って周波数△ｃ分ずつ
段階的に上昇変化することになる。このようにして、非
同期モード搬送波周波数caが非同期モード指令搬送波
周波数ca^＊と等しく（ca＝ca^＊）なった時には、
マイクロコンピュータ20は、処理ステップS₆若しくはS₇
は行なわずに、判断ステップS₅から直ちにメインルーチ
ンに戻るようになる。従って、その後においては、マイ
クロコンピュータ20からの非同期モード搬送波周波数
ca（＝ca^＊）が搬送波発生回路21に与えられるように
なる。

さて、非同期モードから同期モードに切換える場合に
つき述べる。マイクロコンピュータ20は、非同期モード
で運転している場合には、前述したように切換信号Psa
を論理信号「０」とするようになっている。従って、切
換回路19は、「０」側接点をオンしており、マイクロコ
ンピュータ20からの非同期モード搬送波周波数ca（＝
ca^＊）をその「０」側接点を介して搬送波発生回路21
に与えている。この場合、非同期モード搬送波周波数
caは、第３図に示すように、出力周波数（周波数基準
^＊）の変化とは関係なく一定となるのである。而して、
マイクロコンピュータ20は、「c CON」のサブルーチ
ンになると「^＊＜chg」のステップS₁となり、ここ
では「NO」（^＊≧chg）と判断して次の「^＊≧c
hg＋hys」の判断ステップS₈となる。非同期モードか
ら同期モードに切換える場合には、周波数基準^＊のわ
ずかな変化に対しても安定して切換えられるように所定
の周波数hys分のヒステリシスをもたせるようになっ
ており、従って、マイクロコンピュータ20は、この判断
ステップS₈においては、周波数基準^＊が切換周波数
chgよりもヒステリシス分たる周波数hys分だけ上昇し
たか否かを判断するもので、例えば「YES」と判断した
時には「Psa＝１」の判断ステップS₉になる。マイクロ
コンピュータ20は、この時には切換信号Psaが論理信号
「０」になっていることから、この判断ステップS9では
「NO」と判断して「ca:cs」の判断ステップS10とな
る。マイクロコンピュータ20は、この判断ステップS₁₀
では、非同期モード搬送波周波数caと同期モード搬送
波周波数csとの関係が、ca＜cs,ca＝cs及び
ca＞csのいずれであるかを判断するものである。そ
して、マイクロコンピュータ20は、この判断ステップS
₁₀において、ca＜csと判断した時には、「ca←
ca＋△ｃ」の処理ステップS₁₁となって、出力ポート
から出力される非同期モード搬送波周波数caにわずか
な周波数△ｃを加算するようになり、逆に、ca＞
csと判断した時には、「ca←ca−△ｃ」の処理ス
テップS₁₂となって、出力ポートから出力される非同期
モード搬送波周波数caに周波数△ｃを減算するよう
になり、メインルーチンに戻る。以下、同様にして、マ
イクロコンピュータ20は、「cCON」のサブルーチンに
なる毎に、処理ステップS₁₁若しくはS₁₂で非同期モード
搬送波周波数caに周波数△ｃを加算若しくは減算す
るようになり、以て、非同期モード搬送波周波数caを
同期モード搬送波周波数csに徐々に近付くように即ち
周波数△ｃずつ段階的に近付くように変化させる。
尚、本実施例においては、第３図に示すように、モード
切換え時における非同期モード搬送波周波数caは同期
モード搬送波周波数csよりも高く設定されているの
で、実際には「ca←ca−△ｃ」の処理ステップS
₁₂が実行されて、非同期モード搬送波周波数caは同期
モード搬送波周波数csに向って周波数△ｃ分ずつ段
階的に下降変化することになる。このようにして、非同
期モード搬送波周波数caが同期モード搬送波周波数
csと等しく（ca＝cs）なった時には、マイクロコン
ピュータ20は、「Psa←１」の出力ステップS₁₃となっ
て、出力ポートから出力される切換信号Psaを論理信号
「１」とし、メインルーチンに戻るようになる。そし
て、このように切換信号Psaが論理信号「１」になる
と、切換回路19は「１」側接点をオンするように切換わ
るようになっており、従って、今度は位相制御回路17か
らの同期モード搬送波周波数csが「１」側接点を介し
て搬送波発生回路２に与えられるようになり、以て、同
期モードに切換えられることになる。

尚、マイクロコンピュータ20は、判断ステップS₈で
「NO」と判断した場合、即ち、周波数基準^＊がchg
≦^＊≦chg＋hysの場合には、次の「Psa＝１」の
判断ステップS₁₄に移行し、ここで、「YES」（同期モー
ドである）と判断した時には、メインルーチンに戻り、
「NO」（非同期モードである）と判断した時には、判断
ステップS₅を経てメインルーチンに戻るようになる。
又、マイクロコンピュータ20は、「Psa＝１」の判断ス
テップS₉で「YES」（同期モードである）と判断した時
にはメインルーチンに戻るようになる。即ち、周波数基
準^＊がchg≦^＊≦chg＋hysの場合において、
マイクロコンピュータ20は、同期モードの時に^＊＜
chgになるまで待機し、非同期モードの時には^＊＞c
hg＋hysになるまで待機するようになるのである。

このように、本実施例においては、インバータ15に対
して、出力周波数（周波数基準^＊が低いところでは非
同期モードで運転させ、出力周波数の高いところでは同
期モードで運転させるようにし、そして、非同期モード
及び同期モードの切換え時の搬送波周波数を非同期モー
ドの方が同期モードの方よりも高い値とし、先ず、同期
モードから非同期モードに切換えるに際しては、非同期
モードに切換えた上で、その時の同期モード搬送波周波
数csを非同期モード搬送波周波数caとして、この非
同期モード搬送波周波数caをわずかな周波数△ｃ分
ずつ段階的に増加させて非同期モード指令搬送波周波数
ca^＊に近付けるようにし、又、非同期モードから同期
モードに切換えるに際しては、非同期モードの状態のま
まで、非同期モード搬送波周波数ca（＝ca^＊）を周
波数△ｃ分ずつ段階的に減少させて同期モード搬送波
周波数csに近付けるようにし、しかる後、同期モード
に切換えるように構成したものである。従って、非同期
モードから同期モードに切換えるに際して、その切換え
付近において非同期モード搬送波周波数ca（＝c
a^＊）が急に同期モード搬送波周波数csに近くなるよ
うなことはなく、切換え付近の出力電圧に低次のゆらぎ
が生ずることを極力防止することができ、又、切換え時
に非同期モード搬送波周波数ca（＝ca^＊）が同期モ
ード搬送波周波数csに急激にジャンプすることはなく
て、過電圧が生じたり或いは負荷たる三相誘導電動機16
に振動を発生したりすることを防止できる。このこと
は、同期モードから非同期モードに切換える場合も同様
である。更に、非同期モードから同期モードに切換える
場合には、周波数hys分だけヒステリシスをもたせる
ようにしたので、周波数基準^＊の微小な変化に対して
影響されることがなくて、安定した切換えを行なうこと
ができる。

尚、上記実施例では、同期モード及び非同期モードの
一方から他方への切換え時において搬送波周波数を周波
数△ｃ分ずつ段階的に増加若しくは減少させる場合
に、出力周波数（周波数基準^＊）を切換周波数chg
若しくはchg＋hysに固定するようにしたが、代りに
例えば第４図に示す本発明の他の実施例のように、搬送
波周波数を周波数△ｃ分ずつ段階的に増加若しくは減
少される場合に、出力周波数も変化させるようにしても
よい。

又、上記実施例では、インバータ１に対して、出力周
波数が低いところでは非同期モードで運転させ、出力周
波数の高いところでは同期モードで運転させるようにし
たが、これは逆にしてもよい。

更に、上記実施例では、同期モード及び非同期モード
の一方から他方への切換え時に搬送波周波数をわずかな
周波数分ずつ段階的に変化させるようにしたが、例えば
マイクロコンピュータ15に代えてハードウエアにて制御
手段を構成することにより連続して変化させることも可
能であり、要は、搬送波周波数を一方のモードの搬送波
周波数から他方のモードの搬送周波数まで連続的に変化
させるようにすればよいものである。

［発明の効果］本発明のインバータの制御装置によれば、インバータ
を同期モード及び非同期モードの一方から他方に切換え
るに際して、非同期モードの状態にして、搬送波周波数
を一方のモードの搬送波周波数から他方のモードの搬送
波周波数まで連続的に変化させるようにしたので、切換
えに際して、出力電圧に低次のゆらぎが生ずることを極
力防止することができるとともに、過電圧が生じたり或
いは負荷振動が発生することを防止することができると
いう優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
電気的構成のブロック線図、第２図は作用説明用のフロ
ーチャート、第３図は作用説明用のモード切換特性図で
あり、第４図は本発明の他の実施例を示す第３図相当図
である。そして、第５図乃至第７図は従来例を示し、第
５図は第１図相当図、第６図及び第７図は夫々異なるパ
ターンの第３図相当図である。図面中、15はインバータ、16は三相誘導電動機（負
荷）、17は位相制御回路、19は切換回路、20はマイクロ
コンピュータ（制御手段）を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】変調波と搬送波との比較に応じてPWM制御
が行われるインバータにおいて、同期モード及び非同期モードの一方から他方への切換え
に際して非同期モードの状態で搬送波周波数を一方のモ
ードの搬送波周波数から他方のモードの搬送波周波数ま
で連続的に変化させる制御手段を設けるようにしたこと
を特徴とするインバータの制御装置。