JP3154965B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

インバータ制御装置

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JP3154965B2 JP01958498A JP1958498A JP3154965B2 JP 3154965 B2 JP3154965 B2 JP 3154965B2 JP 01958498 A JP01958498 A JP 01958498A JP 1958498 A JP1958498 A JP 1958498A JP 3154965 B2 JP3154965 B2 JP 3154965B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機や同期
電動機などの交流モータ（以下、単にモータとも言う）
を駆動する電圧型インバータを制御するためのインバー
タ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】この種
のインバータ制御装置として、図１２に示す構成のもの
が知られている。ここで、モータ１を駆動する主回路系
統にインバータ２が設けられる。このインバータ２を制
御するためにインバータ制御装置１０を備えている。こ
のインバータ制御装置１０では、三角波周波数設定部１
３にて設定された三角波周波数に従って三角波発生部１
４が三角波を出力する。一方、外部設定された電流指令
と、モータ１に直結された速度センサ３で検出されたモ
ータ回転周波数とに基づいて電圧指令発生部２１が３相
の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを出力する。そこで、ＰＷ
Ｍ（パルス幅変調）パルス発生部２２はこの電圧指令Ｖ
ｕ，Ｖｖ，Ｖｗと三角波発生部１４から出力される三角
波とを比較して３相ＰＷＭパルスＶuPWM，ＶvPWM，ＶwP
WMを発生してインバータ２を構成するスイッチング素子
をオン、オフ制御する。しかして、図１２に示した従来
の電圧型インバータは一定周期の変調周波数によるＰＷ
Ｍパルスによって駆動されていた。
【０００３】ところで、鉄道車両用などの大容量のイン
バータにおいては、インバータのスイッチング損失によ
る発熱の問題からスイッチング周波数が高くとれず、人
間の耳にとって最も耳障りな１ｋＨｚ〜２ｋＨｚでのス
イッチング周波数に限定され、モータからの電磁騒音が
乗客に対して不快な音となっていた。
【０００４】一方、ＰＷＭ変調周波数を一定値ではなく
不規則に変化させ、聴感上低騒音化を実現する変調方法
がある。この方法においては、変調周波数の最大から最
小までの幅を大きくとることが低騒音の効果を大きくす
る条件となるが、大容量インバータでは、スイッチング
損失の問題から変調周波数の最大値を大きくするには限
度があった。また、変調周波数の最小値を小さくする
と、インバータ基本周波数が大きいとき（モータ回転周
波数が高いとき）に、電流制御特性が劣化し、不安定な
現象を呈することがあった。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、第１の目的はインバータのスイッチング周
波数を高くとれない大容量インバータにおいても、制御
の安定性を確保するインバータ制御装置を提供すること
にある。
【０００６】本発明の第２の目的は、聴感上の低騒音化
を実現することのできるインバータ制御装置を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
誘導電動機や同期電動機などの交流モータを駆動する電
圧型インバータの制御装置において、疑似乱数演算又は
乱数記憶手段から求めた乱数を出力する乱数発生部と、
インバータ周波数に基づいて最大三角波周波数及び最小
三角波周波数を演算する最大・最小三角波周波数設定部
と、乱数発生部から出力される乱数と、最大・最小三角
波周波数設定部で演算された最大三角波周波数及び最小
三角波周波数と、三角波ピークパルスとを入力し、三角
波ピークパルスの立上がりのタイミングで、最大三角波
周波数と最小三角波周波数との間で乱数に応じた三角波
周波数を演算する三角波周波数演算部と、三角波周波数
演算部から出力される三角波周波数に従って三角波を演
算すると共に、三角波の最大値と最小値のタイミングで
三角波ピークパルスを出力する三角波発生部と、インバ
ータ電流指令と、モータ回転周波数とを入力し、前記イ
ンバータ周波数を演算すると共に、インバータの各相の
電圧指令を演算する電圧指令発生部と、電圧指令発生部
で演算された各相の電圧指令と、三角波発生部で演算さ
れた三角波とを入力し、パルス幅変調の原理に基づい
て、各相のＰＷＭパルスパターンを出力するＰＷＭパル
ス発生部と、を備えたことを特徴とするインバータ制御
装置にある。
【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
インバータ制御装置において、電圧指令発生部は変調率
を演算する機能を備え、モータ回転周波数の代わりに変
調率を最大・最小三角波周波数設定部に加え、最大・最
小三角波周波数設定部は変調率の大きさに基づいて最大
三角波周波数及び最小三角波周波数を演算することを特
徴とするものである。
【０００９】請求項３に係る発明は、請求項２に記載の
インバータ制御装置において、モータ回転周波数を入力
し、該モータ回転周波数に基づいて最小三角波周波数の
下限リミット値を演算する最小三角波周波数リミット値
設定部を備え、最大・最小三角波周波数設定部は、変調
率の大きさに基づいて演算された最小三角波周波数設定
値が下限リミット値よりも小さい場合に、下限リミット
値を最小三角波周波数設定値として出力することを特徴
とするものである。
【００１０】請求項４に係る発明は、請求項２又は３に
記載のインバータ制御装置において、モータ回転周波数
を入力し、該モータ回転周波数に基づいて最大三角波周
波数の上限リミット値を演算する最大三角波周波数リミ
ット値設定部を備え、最大・最小三角波周波数設定部
は、変調率の大きさに基づいて演算された最大三角波周
波数設定値が上限リミット値よりも大きい場合に、上限
リミット値を最大三角波周波数設定値として出力するこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項５に係る発明は、誘導電動機や同期
電動機などの交流モータを駆動する電圧型インバータの
制御装置において、インバータ電流指令と、モータ回転
周波数とを入力し、変調率を演算すると共に、インバー
タの各相の電圧指令を演算する電圧指令発生部と、三角
波ピークパルスと、電圧指令発生部で演算された変調率
とを入力し、該変調率が１より小さい運転領域において
は一定の三角波周波数を出力し、変調率が１より大きい
過変調ＰＷＭ領域においては変調率に応じた三角波周波
数を演算して出力する三角波周波数演算部と、三角波周
波数演算部から出力される三角波周波数に従って三角波
を演算すると共に、三角波の最大値と最小値のタイミン
グで三角波ピークパルスを出力する三角波発生部と、電
圧指令発生部で演算された各相の電圧指令と、三角波発
生部で演算された三角波とを入力し、パルス幅変調の原
理に基づいて、各相のＰＷＭパルスパターンを出力する
ＰＷＭパルス発生部と、を備えたことを特徴とするもの
である。
【００１２】請求項６に係る発明は、誘導電動機や同期
電動機などの交流モータを駆動する電圧型インバータの
制御装置において、疑似乱数演算又は乱数記憶手段から
求めた乱数を出力する乱数発生部と、インバータ周波数
に基づいて最大三角波周波数及び最小三角波周波数を演
算する最大・最小三角波周波数設定部と、乱数発生部か
ら出力される乱数と、最大・最小三角波周波数設定部で
演算された最大三角波周波数及び最小三角波周波数と、
方形波バイアスサイクルパルスとを入力し、方形波バイ
アスサイクルパルスの立上がりのタイミングで、最大三
角波周波数と最小三角波周波数の間で乱数に応じた三角
波周波数を演算する三角波周波数演算部と、三角波周波
数演算部から出力される三角波周波数に従って三角波を
演算すると共に、三角波の最大値のタイミングで１と０
交互の値にトグルに切り替わる方形波バイアスサイクル
パルスを出力する三角波発生部と、インバータ電流指令
と、モータ回転周波数とを入力し、前記インバータ周波
数を演算すると共に、インバータの各相の電圧指令を演
算する電圧指令発生部と、電圧指令発生部で演算された
各相の電圧指令と、三角波発生部から出力される方形波
バイアスサイクルパルスとを入力し、該方形波バイアス
サイクルパルスの値に従って方形波バイアス値を演算
し、各相の電圧指令に加算した値を新たな各相の電圧電
圧指令として出力する方形波バイアス加算部と、方形波
バイアス加算部から出力される各相の電圧指令と、三角
波発生部で演算された三角波とを入力し、パルス幅変調
の原理に基づいて、各相のＰＷＭパルスパターンを出力
するＰＷＭパルス発生部と、を備えたことを特徴とする
ものである。
【００１３】請求項７に係る発明は、誘導電動機や同期
電動機などの交流モータを駆動する電圧型インバータの
制御装置において、疑似乱数演算又は乱数記憶手段から
求めた乱数を出力する乱数発生部と、あらかじめ設定し
た三角波周波数を出力する三角波周波数設定部と、三角
波周波数設定部から出力される三角波周波数に従って三
角波を演算すると共に、三角波の最大値のタイミング
で、１と０交互の値にトグルに切り替わるバイアスサイ
クルパルスを出力する三角波発生部と、インバータ電流
指令と、モータ回転周波数とを入力し、変調率を演算す
ると共に、インバータの各相の電圧指令を演算する電圧
指令発生部と、乱数発生部から出力される乱数と、電圧
指令発生部で演算された変調率及び各相の電圧指令と、
三角波発生部から出力される方形波バイアスサイクルパ
ルスとを入力し、該方形波バイアスサイクルパルスが切
り替わるごとに、入力される変調率と乱数とに基づいて
方形波バイアス値を演算し、電圧指令発生部の各相の電
圧指令に加算した値を新たな各相の電圧電圧指令として
出力する方形波バイアス加算部と、方形波バイアス加算
部から出力される各相の電圧指令と、三角波発生部で演
算された三角波とを入力し、パルス幅変調の原理に基づ
いて、各相のＰＷＭパルスパターンを出力するＰＷＭパ
ルス発生部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を好適な実施形態に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るインバー
タ制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図で
ある。同図において、モータ１を駆動する主回路系統に
インバータ２が設けられている。このインバータ２は、
例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transisto
r ）等のスイッチング素子をグレーツ接続したものでな
り、その直流端子に図示省略の直流電源から直流電圧
（以下、リンク電圧とも言う）が供給され交流端子にモ
ータ１が接続されている。そして、グレーツ接続された
スイッチング素子をオン、オフ制御することにより直流
をＰＷＭ変調された交流に変換してモータ１に供給す
る。このインバータ２を制御するために、モータ１に速
度センサ３が結合され、この速度センサ３によって検出
されたモータ回転周波数と、外部設定されたインバータ
電流指令とを入力とするインバータ制御装置１０Ａが設
けられる。
【００１５】インバータ制御装置１０Ａを構成する乱数
発生部１１は疑似乱数演算により求めた乱数を出力して
三角波周波数演算部１３Ａに加えるもので、最大・最小
三角波周波数設定部１２Ａは検出されたモータ回転周波
数に関連するインバータ周波数に基づいて最大三角波周
波数及び最小三角波周波数を演算して三角波周波数演算
部１３Ａに加えるものである。三角波周波数演算部１３
Ａは乱数発生部１１から出力される乱数と、最大・最小
三角波周波数設定部１２Ａで演算された最大三角波周波
数及び最小三角波周波数と、後述する三角波ピークパル
スとを入力し、この三角波ピークパルスの立上がりのタ
イミングで、最大三角波周波数と最小三角波周波数との
間で乱数に応じた三角波周波数を演算して出力するもの
で、三角波発生部１４Ａは三角波周波数演算部１３Ａか
ら出力される三角波周波数に従って三角波を演算すると
共に、三角波の最大値と最小値のタイミングで三角波ピ
ークパルスを出力するものである。
【００１６】電圧指令発生部２１Ａは設定されたインバ
ータ電流指令と、検出されたモータ回転周波数とに基づ
いてインバータの各相の電圧指令を演算して、ＰＷＭパ
ルス発生部２２に加えると共に、インバータ周波数を演
算して最大・最小三角波周波数設定部１２Ａに加えるも
のであり、ＰＷＭパルス発生部２２は電圧指令発生部２
１Ａで演算された各相の電圧指令と、三角波発生部１４
Ａで演算された三角波とを入力し、パルス幅変調の原理
に基づいて、各相のＰＷＭパルスパターンを出力してイ
ンバータ２を制御するものである。
【００１７】上記のように構成された第１の実施形態の
動作について以下に説明する。先ず、乱数発生部１１に
おいては、一定のサンプリング周期ごとに、次式を用い
て疑似乱数Ｒｄｍ（Ｔ）を演算する。 Ｒｄｍ（Ｔ）＝Ａ×Ｒｄｍ（Ｔ−ΔＴ）＋Ｂ …(1) ただし、 Ａ，Ｂ：正の整数 ΔＴ：サンプリング周期 である。この場合、疑似乱数Ｒｄｍ（Ｔ）は０以上１以
下の大きさに規格化して出力される。
【００１８】最大・最小三角波周波数設定部１２Ａにお
いては、インバータ周波数Ｆ０を入力として次式の演算
により最大三角波周波数ＦswMax と、最小三角波周波数
ＦswMin とを求めて出力する。 ＦswMax ＝１０００（Ｈｚ） …(2) ＦswMin ＝５００＋１２．５×Ｆ０（Ｆ０＜４０Ｈｚ） …(3) ＦswMin ＝１０００（Ｆ０≧４０Ｈｚ） …(4) インバータ周波数Ｆ０と最大・最小三角波周波数との関
係を図２に例示する。ここで、インバータ周波数Ｆ０が
ゼロＨｚのとき、最大三角波周波数ＦswMax は１０００
Ｈｚで、最小三角波周波数ＦswMin は５００Ｈｚであ
り、インバータ周波数Ｆ０が２０Ｈｚのとき、最大三角
波周波数ＦswMax は１０００Ｈｚで、最小三角波周波数
ＦswMin は７５０Ｈｚである。最大・最小三角波周波数
設定部１２Ａはこのようにインバータ周波数に応じて最
小三角波周波数を変化させて出力する。
【００１９】三角波周波数演算部１３Ａにおいては、乱
数Ｒｄｍ（Ｔ）と、最大三角波周波数ＦswMax と、最小
三角波周波数ＦswMin と、三角波ピークパルスＴＲＩp
とを入力として、三角波ピークパルスの０から１への立
上がりのタイミングと、１から０への立下がりのタイミ
ングとで、次式の演算により三角波周波数Ｆswを求めて
出力する。 Ｆsw＝ＦswMin ＋（ＦswMax −ＦswMin ）×Ｒｄｍ（Ｔ）…(5) 三角波ピークパルスＴＲＩp が変化しないときは、三角
波周波数Ｆswは変更しない前回の値をそのまま出力す
る。
【００２０】三角波発生部１４Ａにおいては、三角波周
波数Ｆswを入力し、三角波ＴＲＩと、三角波ピークパル
スＴＲＩp を求めて出力する。この場合、三角波周波数
Ｆswを用いて、振幅が２π（π：円周率）で周波数がｆ
swののこぎり波を、三角波位相θp として演算する。
【００２１】
【数１】 このようにして求めた三角波位相θp から、θp に同期
して振幅がインバータ直流リンク電圧Ｖdcの半分の三角
波ＴＲＩと、三角波ピークパルスＴＲＩp を次式により
演算し出力する。
【００２２】
【数２】 次に、電圧指令発生部２１Ａの動作を図３を用いて説明
する。図３はインバータの制御対象が誘導電動機であ
り、この誘導電動機の電圧／周波数（Ｖ／ｆ）制御を行
う場合の制御ブロックを示す。ここで、電圧指令発生部
２１Ａはインバータ電流指令Ｉref と、モータ回転周波
数Ｆｒとを入力して、次の演算により３相電圧指令Ｖ
ｕ，Ｖｖ，Ｖｗとインバータ周波数Ｆ０を求めて出力す
る。
【００２３】このとき、最初にすべり周波数Ｆｓを次式
によって求める。 Ｆｓ＝Ｋ１×Ｉref …(11) ただし、Ｋ１は正の定数である。
【００２４】続いて、次式の演算によりインバータ周波
数Ｆ０とする。 Ｆ０＝Ｆｒ＋Ｆｓ …(12) 次に、次式によりインバータ周波数Ｆ０の積分値を求め
てインバータ位相θ０とする。
【００２５】
【数３】 インバータの電圧振幅｜Ｖ｜は次の演算により求める。 ｜Ｖ｜＝Ｋ２×Ｆ０ …(14) ただし、Ｋ２は正の定数である。
【００２６】
【数４】 ＰＷＭパルス発生部２２においては、電圧指令発生部２
１Ａから出力される３相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、
三角波発生部１４Ａから出力される三角波ＴＲＩとを入
力として次式の演算により３相ＰＷＭパルスＶuPWM，Ｖ
vPWM，ＶwPWMを求めて出力する。
【００２７】
【数５】 かくして、第１の実施形態によれば、インバータスイッ
チング周波数を高くとれない大容量インバータにおい
て、モータ回転周波数を加味したインバータ周波数に応
じて三角波周波数の最大値と最小値とを設定すると共
に、電流制御特性が問題にならないモータ回転周波数の
低い領域では三角波周波数の最小値を小さくして低騒音
化の効果を大きくし、機械的な騒音が大きく相対的に電
磁騒音が気にならないモータ回転周波数の高い領域では
電流制御特性を優先して三角波周波数を高くするように
設定すると共に、最大設定値と最小設定値との間で不規
則に変調周波数を設定するので、制御の安定性と聴感上
の低騒音化を実現することができる。
【００２８】なお、上記実施形態では乱数発生部１１が
演算により疑似乱数Ｒｄｍ（Ｔ）を求めたが、この疑似
乱数Ｒｄｍ（Ｔ）はあらかじめ記憶させてある乱数表を
参照して出力するものでも良い。
【００２９】図４は本発明に係るインバータ制御装置の
第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、
図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省
略する。図１に示したインバータ制御装置１０Ａは、値
が一定の最大三角波周波数と、インバータ周波数を加味
した最小三角波周波数とを演算する最大・最小三角波周
波数設定部１２Ａを備えているが、図４に示すインバー
タ制御装置１０Ｂは、電圧指令発生部２１Ｂに変調率Ａ
Ｌの演算機能を持たせ、最大三角波周波数及び最小三角
波周波数を演算する最大・最小三角波周波数設定部１２
Ｂがこの変調率ＡＬを用いる点が図１と構成を異にして
いる。
【００３０】ここで、電圧指令発生部２１Ｂは次式の演
算によって変調率ＡＬを求める。
【００３１】
【数６】 ただし、Ｖdcはインバータ２の直流リンク電圧である。
【００３２】そこで最大・最小三角波周波数設定部１２
Ｂはこの変調率ＡＬを入力として、次式に示す最大三角
波周波数ＦswMax 及び最小三角波周波数ＦswMin を求め
る。 ＦswMax ＝１０００（Ｈｚ） …(25) ＦswMin ＝５００＋５００×ＡＬ（Ｈｚ） …(26) かくして、図４に示した第２の実施形態によれば、直流
リンク電圧の変動をも加味して最小三角波周波数ＦswMi
n が設定されるので、制御の安定性をより向上させるこ
とができる。
【００３３】図５は本発明に係るインバータ制御装置の
第３の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、
図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省
略する。図４に示したインバータ制御装置１０Ｂは、電
圧指令発生部２１Ｂによって演算された変調率ＡＬの関
数として最大・最小三角波周波数設定部１２Ｂが最小三
角波周波数ＦswMin を演算したが、図５に示すインバー
タ制御装置１０Ｃは、さらに最小三角波周波数リミット
値を設定する最小三角波周波数リミット値設定部１５を
備え、最大・最小三角波周波数設定部１２Ｃが最小三角
波周波数を求める場合に、最小三角波周波数リミット値
に制限する構成としたものである。
【００３４】この場合、最小三角波周波数リミット値設
定部１５は、モータ回転周波数Ｆｒを入力として次式の
演算により最小三角波周波数リミット値ＦswMinLimを求
めて出力する。 （ａ）Ｆｒ＜１００Ｈｚのとき ＦswMinLim＝５００＋５×Ｆｒ（Ｈｚ） …(27) （ｂ）Ｆｒ≧１００Ｈｚのとき ＦswMinLim＝１０００（Ｈｚ） …(28) そこで、最大・最小三角波周波数設定部１２Ｃにおいて
は、電圧指令発生部２１Ｂから出力される変調率ＡＬ
と、最小三角波周波数リミット値設定部１５から出力さ
れる最小三角波周波数リミット値ＦswMinLimとを入力と
して次式により最大三角波周波数ＦswMax と最小三角波
周波数ＦswMin とを求めて出力する。 ＦswMax ＝１０００（Ｈｚ） …(29) ＦswMin ＝５００＋５００×ＡＬ（Ｈｚ） …(30) ただし、 ＦswMin ≧ＦswMinLimのとき、ＦswMin ＝ＦswMin （そ
のまま） ＦswMin ＜ＦswMinLimのとき、ＦswMin ＝ＦswMinLim
（リミット値） かくして、図５に示した第３の実施形態によれば、直流
リンク電圧の変動をも加味して最小三角波周波数ＦswMi
n が設定されるため制御の安定性をより向上させること
ができ、また、高速回転時の再ゲートスタート時のよう
に変調率は小さいが速度の高い運転領域においても、一
定値以下の低い三角波周波数にはならないので、制御が
不安定になる現象を未然に防止することができる。
【００３５】図６は本発明に係るインバータ制御装置の
第４の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、
図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省
略する。図４に示したインバータ制御装置１０Ｂは、電
圧指令発生部２１Ｂによって演算された変調率ＡＬの関
数として最小三角波周波数を演算したが、図６に示すイ
ンバータ制御装置１０Ｄはさらに最大三角波周波数リミ
ット値を設定する最大三角波周波数リミット値設定部１
６を備え、最大・最小三角波周波数設定部１２Ｄが最大
三角波周波数を求める場合に、最大三角波周波数を最大
三角波周波数リミット値に制限するように構成したもの
である。
【００３６】この場合、最大三角波周波数リミット値設
定部１６は、インバータ電流指令Ｉref を入力として次
式の演算により最大三角波周波数リミット値ＦswMaxLim
を求めて出力する。 ＦswMaxLim＝１０００−Ｋ×Ｉref （Ｈｚ） …(31) ただし、Ｋは正の定数である。そこで、最大・最小三角
波周波数設定部１２Ｄにおいては、電圧指令発生部２１
Ｂから出力される変調率ＡＬと、最大三角波周波数リミ
ット値設定部１６から出力される最大三角波周波数リミ
ット値ＦswMaxLimとを入力として次式により最大三角波
周波数ＦswMax と最小三角波周波数ＦswMin とを求めて
出力する。 ＦswMax ＝１０００（Ｈｚ） …(32) ＦswMin ＝５００＋５００×ＡＬ（Ｈｚ） …(33) ただし、 ＦswMax ≧ＦswMaxLimのとき、ＦswMax ＝ＦswMaxLim
（リミット値） ＦswMax ＜ＦswMaxLimのとき、ＦswMax ＝ＦswMax （そ
のまま） かくして、図６に示した第４の実施形態によれば、直流
リンク電圧の変動をも加味した最小三角波周波数ＦswMi
n が設定されるため制御の安定性をより向上させること
ができ、また、電流値が大きくインバータ２の発熱が多
くて冷却上余裕の少ない運転状態では、最大三角波周波
数ＦswMax を最大三角波周波数リミット値に制限するた
め、低騒音化を犠牲にしても冷却が楽になり、電流値が
小さくて冷却が楽なときには低騒音化の効果が高められ
る。
【００３７】なお、図６に示すインバータ制御装置１０
Ｄに図５に示す最小三角波周波数リミット値設定部１５
を付加すれば、高速回転時の再ゲートスタート時のよう
に変調率は小さいが速度の高い運転領域においても制御
が不安定になる現象を防ぐ効果も得られる。
【００３８】図７は本発明に係るインバータ制御装置の
第５の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、
図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省
略する。図７に示すインバータ制御装置１０Ｅは、図４
中の乱数発生部１１及び最大・最小三角波周波数設定部
１２Ｂを除去し、三角波周波数演算部１３Ｂが電圧指令
発生部２１から出力される変調率ＡＬと、三角波ピーク
パルスＴＲＩp とを入力として、三角波ピークパルスＴ
ＲＩp の０から１への立上がりのタイミングと、１から
０への立下がりのタイミングとで、次式の演算により三
角波周波数Ｆswを求めて出力する。 （ａ）変調率ＡＬ≧１のとき Ｆsw＝１０００＋（ＡＬ−１）×５０００（Ｈｚ） …(34) （ｂ）変調率ＡＬ＜１のとき Ｆsw＝１０００（Ｈｚ） …(35) 図８はこれらの関係を表した線図であり、変調率ＡＬが
１より小さい領域で三角波周波数Ｆswは１０００Ｈｚに
保持され、変調率ＡＬが１を越える領域では変調率ＡＬ
の増大に対して三角波周波数Ｆswは大きな変化率で増大
することとなる。変調率ＡＬが１よりも大きい、いわゆ
る過変調ＰＷＭ領域において、三角波周波数が低い場合
には変調率ＡＬの増加と共に、インバータの１周期のＰ
ＷＭパルス数が減少して電流制御特性の劣化による不安
定現象が発生することがあった。そこで従来は、パルス
数が少なくても制御が比較的安定な同期式ＰＷＭモード
に切り替えていた。しかし、パルスモードの切り替えに
伴ってＰＷＭ電磁音が変化し聴感上耳障りに感じられる
ことがあった。
【００３９】しかるに、図７に示す第５の実施形態によ
れば、過変調ＰＷＭ領域における制御特性の劣化を防止
し得ると共に、実質のスイッチング回数の上昇防止が図
られる効果がある。
【００４０】図９は本発明に係るインバータ制御装置の
第６の実施形態の構成を示すブロック図であり、特に、
３レベル電圧インバータによって交流モータを駆動する
ものについて示したものである。図中、図１と同一の要
素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実
施形態におけるインバータ制御装置１０Ｆは図１に示す
インバータ制御装置１０Ａを構成する三角波周波数演算
部１３Ａ及び三角波発生部１４Ａとは動作が若干異なる
三角波周波数演算部１３Ｃ及び三角波発生部１４Ｂを備
え、さらに、電圧指令発生部２１とＰＷＭパルス発生部
２２Ａとの間に方形波バイアス加算部３１を新たに設け
た点が図１に示した第１の実施形態と構成を異にしてい
る。
【００４１】以下、図１と構成を異にする部分を中心に
してその動作を説明する。三角波周波数演算部１３Ｃに
おいては、乱数発生部１１から出力される乱数Ｒｄｍ
（Ｔ）と、最大三角波周波数ＦswMax と、最小三角波周
波数ＦswMin と、三角波発生部１４Ｂから出力される方
形波バイアスサイクルパルスＳＱＲp の立上がりのタイ
ミングすなわち０から１に変化するタイミング、又は、
方形波バイアスサイクルパルスＳＱＲp の立下がりのタ
イミングすなわち１から０に変化するタイミングで、次
式の演算により三角波周波数Ｆswを求めて出力する。 （ａ）方形波バイアスサイクルパルスＳＱＲp の立上がり又は立下がりのタイミ ング時 Ｆsw＝ＦswMin ＋（ＦswMax −ＦswMin ）×Ｒｄｍ（Ｔ） （ｂ）方形波バイアスサイクルパルスＳＱＲp の立上が
り又は立下がり以外 Ｆswはこれまでの値を保持 三角波発生部１４Ｂにおいては、三角波周波数Ｆswを入
力として、次式の演算により三角波位相θp を求めた
後、正側三角波ＴＲＩ1 と、負側三角波ＴＲＩ2と、方
形波バイアスサイクルパルスＳＱＲP を求めて出力す
る。
【００４２】
【数７】 ただし、０≦θp ＜４π、θp ≧４πのとき、θp ＝θ
p −４π：１周期４πである。このようにして求めた三
角波位相θp から、θp に同期して振幅がインバータ直
流リンク電圧Ｖdcの１／４の正側三角波ＴＲＩ1 、負側
三角波ＴＲＩ2 、及び、方形波バイアスパルスＳＱＲp
を次式により演算して出力する。
【００４３】
【数８】 方形波バイアス加算部３１Ａは、電圧指令発生部２１Ａ
から出力される三相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ，Ｖｗと方形波
バイアスサイクルパルスＳＱＲp とを入力として次の演
算により新たな三相電圧指令を出力する。
【００４４】先ず、方形波バイアスＶｂｉａｓを、方形
波バイアスピークパルスＳＱＲp の値に従って次のとお
りに演算する。 （ａ）ＳＱＲp ＝１の時：Ｖｂｉａｓ＝Ｖdc／４ …(43) （ｂ）ＳＱＲp ＝０の時：−Ｖｂｉａｓ＝Ｖdc／４ …(44) 次に、新たな３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ，Ｖｗを次式によ
つて求める。 Ｖｕ＝Ｖｕ＋Ｖｂｉａｓ …(45) Ｖｖ＝Ｖｖ＋Ｖｂｉａｓ …(46) Ｖｗ＝Ｖｗ＋Ｖｂｉａｓ …(47) ＰＷＭパルス発生部２２Ａにおいては、方形波バイアス
加算部３１Ａから出力される３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ，
Ｖｗと、三角波発生部１４Ｂから出力される正側三角波
ＴＲＩ1 、負側三角波ＴＲＩ2 とを入力として次式によ
り３相ＰＷＭパルスＶuPWM，ＶvPWM，ＶwPWMを求めて出
力する。 （ａ）Ｖｕ≧ＴＲＩ1 の時 ：ＶuPWM＝Ｖdc／２ …(48) （ｂ）ＴＲＩ1 ＞Ｖｕ≧ＴＲＩ2 の時：ＶuPWM＝０ …(49) （ｃ）ＴＲＩ2 ＞Ｖｕの時 ：ＶuPWM＝−Ｖdc／２…(50) （ｄ）Ｖｖ≧ＴＲＩ1 の時 ：ＶvPWM＝Ｖdc／２ …(51) （ｅ）ＴＲＩ1 ＞Ｖｖ≧ＴＲＩ2 の時：ＶvPWM＝０ …(52) （ｆ）ＴＲＩ2 ＞Ｖｖの時 ：ＶvPWM＝−Ｖdc／２…(53) （ｇ）Ｖｗ≧ＴＲＩ1 の時 ：ＶwPWM＝Ｖdc／２ …(54) （ｈ）ＴＲＩ1 ＞Ｖｗ≧ＴＲＩ2 の時：ＶwPWM＝０ …(55) （ｉ）ＴＲＩ2 ＞Ｖｗの時 ：ＶwPWM＝−Ｖdc／２…(56) 図１０は上述した正側三角波ＴＲＩ1 、負側三角波ＴＲ
Ｉ2 、方形波バイアスＶｂｉａｓ及び方形波バイアスパ
ルスＳＱＲp を位相角と関係付けて表したタイムチャー
トである。
【００４５】かくして、図９に示した第６の実施形態に
よれば、３レベルインバータの直流中性点電位変動を小
さくしたまま低騒音ＰＷＭ制御が実現される。
【００４６】図１１は本発明に係るインバータ制御装置
の第７の実施形態の構成を示すブロック図であり、特
に、３レベル電圧インバータによって交流モータを駆動
するものを対象としており、三角波周波数は一定で、方
形波バイアスのバイアス値を不規則に変化させるように
構成したものである。図中、図９又は図１２と同一の要
素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここ
で、インバータ制御装置１０Ｇは図９に示したインバー
タ制御装置１０Ｆ中の最大・最小三角波周波数設定部１
２Ａを除去し、乱数発生部１１の乱数と電圧指令発生部
２１の変調率とを方形波バイアス加算部３１Ｂに加える
ようにしたものであり、三角波周波数演算部１３が固定
の三角波周波数Ｆswを予め記憶し、次式の三角波周波数
Ｆswを出力する。 Ｆsw＝１０００Ｈｚ …(57) 方形波バイアス加算部３１Ｂにおいては、電圧指令発生
部２１Ｂから出力される３相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ
と、変調率ＡＬと、乱数発生部１１から出力される乱数
Ｒｄｍ（Ｔ）と、三角波発生部１４から出力される方形
波バイアスサイクルパルスＳＱＲp とを入力として、方
形波バイアスサイクルパルスＳＱＲp の立上がりのタイ
ミング、すなわち、０から１に変化するタイミングに
て、方形波バイアスのバイアス量の絶対値｜Ｖｂｉａｓ
｜を切り替えて、それをもとに方形波バイアス値Ｖｂｉ
ａｓを求め、３相電圧指令に加算して新たな３相電圧指
令を求めて出力する。 （ａ）ＳＱＲp の立上がり時
【００４７】
【数９】 方形波バイアス値Ｖｂｉａｓは、方形波バイアス量絶対
値｜Ｖｂｉａｓ｜と、方形波バイアスバイアスパルスＳ
ＱＲｐとにより次式の演算で求める。 （ａ）ＳＱＲｐ＝１のとき、Ｖｂｉａｓ＝｜Ｖｂｉａｓ｜ …(59) （ｂ）ＳＱＲｐ＝０のとき、Ｖｂｉａｓ＝−｜Ｖｂｉａｓ｜…(60) そこで、新たな３相電圧指令は次式に示すものとなる。 Ｖｕ＝Ｖｕ＋Ｖｂｉａｓ …(61) Ｖｖ＝Ｖｖ＋Ｖｂｉａｓ …(62) Ｖｗ＝Ｖｗ＋Ｖｂｉａｓ …(63) かくして、図１１に示した第７の実施形態によれば、３
レベルインバータの直流中性点電位変動を小さくしたま
ま低騒音ＰＷＭ制御を実現することができる。
【００４８】なお、上述した各実施形態では、インバー
タの制御対象であるモータ１が誘導電動機である場合に
ついて説明したが、本発明はこれに適用を限定されるも
のではなく、同期電動機を含む一般に交流モータと呼ば
れるものの殆どに適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１に係る発明によれば、電流制御特性が問題になら
ないモータ回転周波数の低い領域では三角波周波数最小
値を小さくして低騒音化の効果を大きくし、機械的な騒
音が大きく相対的に電磁騒音が気にならないモータ回転
周波数の高い領域では、電流制御特性を優先して三角波
周波数の最小値を高くするように設定し、三角波周波数
の最大設定値と最小設定値との間で変調周波数を不規則
に設定するので、制御の安定性を保つと共に、聴感上の
低騒音化を実現することができる。
【００５０】請求項２に係る発明によれば、直流リンク
電圧の変動をも加味して最小三角波周波数が設定される
ので、制御の安定性をより向上させることができる。
【００５１】請求項３に係る発明によれば、直流リンク
電圧の変動をも加味して最小三角波周波数が設定される
ため制御の安定性をより向上させることができ、また、
高速回転時の再ゲートスタート時のように変調率は小さ
いが速度の高い運転領域においても制御が不安定になる
現象を未然に防止することができる効果もある。
【００５２】請求項４に係る発明によれば、直流リンク
電圧の変動をも加味して最小三角波周波数が設定される
ため制御の安定性をより向上させることができ、また、
電流値が大きくインバータの発熱が多くて冷却上余裕の
少ない運転状態では、最大三角波周波数を最大三角波周
波数リミット値に制限するため、低騒音化を犠牲にして
も冷却が楽になり、電流値が小さくて冷却が楽なときに
は低騒音化の効果が高められる効果がある。
【００５３】請求項５に係る発明によれば、変調率に応
じて三角波周波数を演算するので、過変調ＰＷＭ領域に
おける制御特性の劣化を防止し得ると共に、実質のスイ
ッチング回数の上昇防止が図られる効果もある。
【００５４】請求項６に係る発明によれば、三角波発生
部から出力される方形波バイアスサイクルパルスの値に
従って方形波バイアス値を演算し、各相電圧指令に加算
した値を新たな各相電圧指令とするので、３レベルイン
バータの直流中性点電位変動を小さくしたまま低騒音Ｐ
ＷＭ制御が実現される効果も得られる。
【００５５】請求項７に係る発明によれば、変調率、乱
数及び方形波バイアスパルスに基づいて方形波バイアス
値を演算し、各相電圧指令に加算した値を新たな各相電
圧指令とするので、３レベルインバータの直流中性点電
位変動を小さくしたまま低騒音ＰＷＭ制御が実現される
効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインバータ制御装置の第１の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した第１の実施形態の動作を説明する
ためにスイッチング周波数とインバータ周波数との関係
を示した線図。
【図３】図１に示した第１の実施形態の動作を説明する
ために、主要素の詳細な構成を示したブロック図。
【図４】本発明に係るインバータ制御装置の第２の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明に係るインバータ制御装置の第３の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係るインバータ制御装置の第４の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係るインバータ制御装置の第５の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図８】図７に示した第５の実施形態の動作を説明する
ためにスイッチング周波数とインバータ周波数との関係
を示した線図。
【図９】本発明に係るインバータ制御装置の第６の実施
形態の構成を示すブロック図。
【図１０】図９に示す第６の実施形態の動作を説明する
ために、正側三角波、負側三角波、方形波バイアス及び
方形波バイアスサイクルパルスを位相角と関係付けて表
したタイムチャート。
【図１１】本発明に係るインバータ制御装置の第７の実
施形態の構成を示すブロック図。
【図１２】従来のインバータ制御装置の構成を示すブロ
ック図。
【符号の説明】
１ 交流モータ ２ インバータ １０，１０Ａ〜１０Ｇ インバータ制御装置 １１ 乱数発生部 １２，１２Ａ〜１２Ｄ 最大・最小三角波周波数設定部 １３ 三角波周波数設定部 １３Ａ〜１３Ｃ 三角波周波数演算部 １４，１４Ａ，１４Ｂ 三角波発生部 １５ 最小三角波周波数リミット値設定部 １６ 最大三角波周波数リミット値設定部 ２１，２１Ａ，２１Ｂ 電圧指令発生部 ２２，２２Ａ ＰＷＭパルス発生部 ３１Ａ，３１Ｂ 方形波バイアス加算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】誘導電動機や同期電動機などの交流モータ
    を駆動する電圧型インバータの制御装置において、 疑似乱数演算又は乱数記憶手段から求めた乱数を出力す
    る乱数発生部と、 インバータ周波数に基づいて最大三角波周波数及び最小
    三角波周波数を演算する最大・最小三角波周波数設定部
    と、 前記乱数発生部から出力される乱数と、前記最大・最小
    三角波周波数設定部で演算された最大三角波周波数及び
    最小三角波周波数と、三角波ピークパルスとを入力し、
    前記三角波ピークパルスの立上がりのタイミングで、前
    記最大三角波周波数と最小三角波周波数との間で前記乱
    数に応じた三角波周波数を演算する三角波周波数演算部
    と、 前記三角波周波数演算部から出力される三角波周波数に
    従って三角波を演算すると共に、前記三角波の最大値と
    最小値のタイミングで前記三角波ピークパルスを出力す
    る三角波発生部と、 インバータ電流指令と、前記モータ回転周波数とを入力
    し、前記インバータ周波数を演算すると共に、インバー
    タの各相の電圧指令を演算する電圧指令発生部と、 前記電圧指令発生部で演算された各相の電圧指令と、前
    記三角波発生部で演算された三角波とを入力し、パルス
    幅変調の原理に基づいて、各相のＰＷＭパルスパターン
    を出力するＰＷＭパルス発生部と、 を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
  2. 【請求項２】前記電圧指令発生部は変調率を演算する機
    能を備え、前記モータ回転周波数の代わりに前記変調率
    を前記最大・最小三角波周波数設定部に加え、前記最大
    ・最小三角波周波数設定部は前記変調率の大きさに基づ
    いて最大三角波周波数及び最小三角波周波数を演算する
    ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装
    置。
  3. 【請求項３】前記モータ回転周波数を入力し、該モータ
    回転周波数に基づいて前記最小三角波周波数の下限リミ
    ット値を演算する最小三角波周波数リミット値設定部を
    備え、前記最大・最小三角波周波数設定部は、前記変調
    率の大きさに基づいて演算された最小三角波周波数設定
    値が前記下限リミット値よりも小さい場合に、前記下限
    リミット値を前記最小三角波周波数設定値として出力す
    ることを特徴とする請求項２に記載のインバータ制御装
    置。
  4. 【請求項４】前記モータ回転周波数を入力し、該モータ
    回転周波数に基づいて前記最大三角波周波数の上限リミ
    ット値を演算する最大三角波周波数リミット値設定部を
    備え、前記最大・最小三角波周波数設定部は、前記変調
    率の大きさに基づいて演算された最大三角波周波数設定
    値が前記上限リミット値よりも大きい場合に、前記上限
    リミット値を前記最大三角波周波数設定値として出力す
    ることを特徴とする請求項２又は３に記載のインバータ
    制御装置。
  5. 【請求項５】誘導電動機や同期電動機などの交流モータ
    を駆動する電圧型インバータの制御装置において、 インバータ電流指令と、モータ回転周波数とを入力し、
    変調率を演算すると共に、インバータの各相の電圧指令
    を演算する電圧指令発生部と、 三角波ピークパルスと、前記電圧指令発生部で演算され
    た変調率とを入力し、該変調率が１より小さい運転領域
    においては一定の三角波周波数を出力し、前記変調率が
    １より大きい過変調ＰＷＭ領域においては変調率に応じ
    た三角波周波数を演算して出力する三角波周波数演算部
    と、 前記三角波周波数演算部から出力される三角波周波数に
    従って三角波を演算すると共に、前記三角波の最大値と
    最小値のタイミングで前記三角波ピークパルスを出力す
    る三角波発生部と、 前記電圧指令発生部で演算された各相の電圧指令と、前
    記三角波発生部で演算された三角波とを入力し、パルス
    幅変調の原理に基づいて、各相のＰＷＭパルスパターン
    を出力するＰＷＭパルス発生部と、 を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
  6. 【請求項６】誘導電動機や同期電動機などの交流モータ
    を駆動する電圧型インバータの制御装置において、 疑似乱数演算又は乱数記憶手段から求めた乱数を出力す
    る乱数発生部と、 インバータ周波数に基づいて最大三角波周波数及び最小
    三角波周波数を演算する最大・最小三角波周波数設定部
    と、 前記乱数発生部から出力される乱数と、前記最大・最小
    三角波周波数設定部で演算された最大三角波周波数及び
    最小三角波周波数と、方形波バイアスサイクルパルスと
    を入力し、前記方形波バイアスサイクルパルスの立上が
    りのタイミングで、前記最大三角波周波数と最小三角波
    周波数の間で前記乱数に応じた三角波周波数を演算する
    三角波周波数演算部と、 前記三角波周波数演算部から出力される三角波周波数に
    従って三角波を演算すると共に、前記三角波の最大値の
    タイミングで１と０交互の値にトグルに切り替わる前記
    方形波バイアスサイクルパルスを出力する三角波発生部
    と、 インバータ電流指令と、前記モータ回転周波数とを入力
    し、前記インバータ周波数を演算すると共に、インバー
    タの各相の電圧指令を演算する電圧指令発生部と、 前記電圧指令発生部で演算された各相の電圧指令と、前
    記三角波発生部から出力される前記方形波バイアスサイ
    クルパルスとを入力し、該方形波バイアスサイクルパル
    スの値に従って方形波バイアス値を演算し、前記各相の
    電圧指令に加算した値を新たな各相の電圧電圧指令とし
    て出力する方形波バイアス加算部と、 前記方形波バイアス加算部から出力される各相の電圧指
    令と、前記三角波発生部で演算された三角波とを入力
    し、パルス幅変調の原理に基づいて、各相のＰＷＭパル
    スパターンを出力するＰＷＭパルス発生部と、 を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
  7. 【請求項７】誘導電動機や同期電動機などの交流モータ
    を駆動する電圧型インバータの制御装置において、 疑似乱数演算又は乱数記憶手段から求めた乱数を出力す
    る乱数発生部と、 あらかじめ設定した三角波周波数を出力する三角波周波
    数設定部と、 前記三角波周波数設定部から出力される三角波周波数に
    従って三角波を演算すると共に、三角波の最大値のタイ
    ミングで、１と０交互の値にトグルに切り替わるバイア
    スサイクルパルスを出力する三角波発生部と、 インバータ電流指令と、モータ回転周波数とを入力し、
    変調率を演算すると共に、インバータの各相の電圧指令
    を演算する電圧指令発生部と、 前記乱数発生部から出力される乱数と、前記電圧指令発
    生部で演算された変調率及び各相の電圧指令と、前記三
    角波発生部から出力される方形波バイアスサイクルパル
    スとを入力し、該方形波バイアスサイクルパルスが切り
    替わるごとに、入力される変調率と乱数とに基づいて方
    形波バイアス値を演算し、前記電圧指令発生部の各相の
    電圧指令に加算した値を新たな各相の電圧電圧指令とし
    て出力する方形波バイアス加算部と、 前記方形波バイアス加算部から出力される各相の電圧指
    令と、前記三角波発生部で演算された三角波とを入力
    し、パルス幅変調の原理に基づいて、各相のＰＷＭパル
    スパターンを出力するＰＷＭパルス発生部と、 を備えたことを特徴とするインバータ制御装置。
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