JP4000026B2

JP4000026B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP4000026B2
Application number: JP2002241549A
Authority: JP
Inventors: 拓宮内; 健太郎鈴木; 元高田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004080974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
昇圧チョッパ回路を備えて、高周波数域での力率改善、および、電源高調波ノイズを抑制した運転を行なうインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのインバータ装置では、商用交流電源を脈流電源へと変換するブリッジダイオード、および、前記脈流電源を平滑して直流電源とする平滑コンデンサとを内蔵した整流回路と、ＰＷＭ運転させて前記直流電源から、再び、交流電源へと変換するパワー・トランジスタモジュールや、このパワー・トランジスタモジュールを駆動するドライブ回路、および、制御部を内蔵したインバータ回路とで構成され、電動機などの負荷を能力可変に運転していた。
【０００３】
また、このインバータ装置の前記整流回路内には、前記ブリッジダイオードで変換された前記脈流電源を昇圧する昇圧チョッパ回路が設けられ、この昇圧チョッパ回路を動作させることにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電源の電圧調整や、このインバータ装置の力率改善、および、電源高調波ノイズなどの抑制を行なっていた。
【０００４】
この昇圧チョッパ回路は、前記脈流電源の正負いずれかの極へ直列に設けられたリアクタ、および、整流ダイオードと、前記リアクタと、前記整流ダイオードとの間へ、この正負両極を短絡するかたちに設けられたスイッチング・トランジスタにより構成され、このスイッチング・トランジスタをパルス信号で瞬時短絡させることにより前記脈流電源にリップル電圧を生じさせて前記リアクタに誘導起電力を発生させ、この誘導起電力により、前記直流電源の電圧を昇圧させるもので、ＰＡＭ（ｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路と言われている。
【０００５】
また、この昇圧チョッパ回路を動作させるタイミングは、ランダムに動作させてたのでは、前記商用交流電源に対する力率の改善が行え無いどころか、反対に、更なる力率の悪化、或いは、電源高調波ノイズなど悪影響の発生を招いてしまうため、前記商用交流電源の零電圧ポイントを検出し、この零電圧ポイントを基準にして、前記インバータ装置へ流入する前記商用交流電源の電流値と、目標とする前記直流電源の電圧とにより、前記リップル電圧を発生させるタイミングや、前記昇圧チョッパ回路を駆動する前記パルス信号の時間を決定して行なっていた。
【０００６】
このため、前記商用交流電源の零電圧ポイントを見失ったり、或いは、検出不可能な状態となった場合には、前記負荷への前記インバータ回路からの交流電源の電圧低下や、力率改善は行なえないが、上記力率の悪化や、電源高調波ノイズなどの悪影響を発生させてしまうことを回避するため、前記昇圧チョッパ回路の動作を一旦停止させ、前記商用交流電源の零電圧ポイントが検出出来る様になった時点で、再度、前記昇圧チョッパ回路の駆動を行なわせるものとしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この昇圧チョッパ回路を再度駆動させるにあたり、上述の一旦昇圧チョッパ回路を停止させる前と同様、前記商用交流電源の零電圧ポイントの基づくタイミングで、前記インバータ装置へ流入する前記商用交流電源の電流値や、前記目標とする直流電源の電圧により決定して、即時復帰させていたため、前記昇圧チョッパ回路の動作と同時に、前記直流電源の電圧は、前記昇圧チョッパ回路の一旦停止前の電圧へと戻り、前記負荷の運転状況によっては、この直流電源の昇圧と同時に、前記負荷へ過電流が流れてしまう恐れがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、直流電源の急激な電圧変動を抑え、これによる過電流の発生を抑えたＰＡＭ制御を行なうインバータ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、商用交流電源の零電圧ポイントを検出し、前記零電圧ポイントを基準とするタイミングで昇圧チョッパ回路を駆動して、前記商用交流電源から整流平滑した直流電源を昇圧し、負荷の運転を行なうインバータ装置において、前記交流商用電源の前記零電圧ポイントを見失い、再度、前記零電圧ポイントが検出出来た際、前記昇圧チョッパ回路を駆動するパルス信号のＯＮ時間の割合を変化させ、前記直流電源の電圧を所定の電圧まで段階的に昇圧させたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記昇圧チョッパ回路の駆動開始からの経過時間に基づいて、前記パルス信号の所定時間まで変化させたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記所定時間を、前記商用交流電源から前記インバータ装置へ流入する電流値と、目標とする前記直流電源の電圧とに基づいて求められた前記パルス信号のＯＮ時間としたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のものにおいて、前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記零電圧ポイントを検出した時点からの経過時間に基づいて求められた係数としたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のものにおいて、前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記昇圧チョッパ回路を制御する制御部へ備えた前記零電圧ポイントを検出した時点からの経過時間に対応した係数テーブルのデータとし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、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、インバータ装置について示したブロック図である。
【００１６】
インバータ装置１は、商用交流電源２から脈流電源へと変換する整流回路３と、この脈流電源の昇圧を行なう昇圧チョッパ回路１１と、前記脈流電源の平滑を行い直流電源とする平滑コンデンサ１２と、前記直流電源を、再び交流電源へと変換し、負荷１０へ出力するインバータ回路４と、商用交流電源２からの入力電流値、および、この商用交流電源２の零電圧ポイントとを検出する交流電源検出回路１３と、このインバータ回路４や、昇圧チョッパ回路１１などを制御するインバータ制御部５とで構成されている。
【００１７】
インバータ回路４は、前記直流電源をスイッチングして交流電源へと変換する図示していない６素子のＩＧＢＴで構成されたパワー・トランジスタモジュール６と、インバータ制御部５からの制御信号を受けて、パワー・トランジスタモジュール６を駆動するドライブ回路７と、パワー・トランジスタモジュール６へ入力される直流電源の電流値を検出する電流検出抵抗８と、この電流検出抵抗８で検出された電流値が、過電流であるか否かを判定し、インバータ制御部５へ保護信号を出力する保護回路９とが内蔵されて構成されている。
【００１８】
昇圧チョッパ回路１１には、例えば、図２に示す様に、整流回路３を経由した脈流電源の正極にリアクタＬと、整流ダイオードＤとが、直列に設けられており、このリアクタＬと、整流ダイオードＤとの間の正極と、負極とを短絡する様に、トランジスタＱが設けられ、この昇圧チョッパ回路１１の後段には、前記脈流電源を平滑して直流電源とする平滑コンデンサ１２が接続されている。
【００１９】
そして、このトランジスタQをパルス信号で駆動して、前記正極と、前記負極とを瞬時短絡させることにより、前記脈流電源にリップル電圧を発生させ、リアクタLへ誘導起電力を生じさせて、昇圧を行なうとともに、短絡電流を流すことで、商用交流電源２からの入力電流波形を成形して力率の改善や、電源高調波ノイズの低減を行なっていた。
【００２０】
このトランジスタＱを駆動する前記パルス信号は、一定周期ｔのパルス信号で、前記トランジスタＱをオンさせる短絡時間は、商用交流電源２から入力される入力電流値と、目標とする前記直流電源の電圧とによりインバータ制御部５内で演算されて求められている。
【００２１】
さらに、このインバータ制御部５には、図３に示す、データテーブルが内蔵されており、例えば、前記零電圧検出回路１３での商用交流電源２の零電圧ポイントの検出を逸し、再度、前記零電圧ポイントの検出が可能となった際には、上記インバータ制御部５で求められた前記短絡時間に前記データテーブルに格納されたデータを乗じて、最終的な短絡時間として、トランジスタＱを駆動する前記パルス信号をインバータ制御部５より出力するものである。
【００２２】
例えば、前記パルス信号の周期が、２０ｋＨｚであるとすると、前記一定周期ｔは、５０マイクロ秒での周期となり、商用交流電源２から入力される入力電流と、目標とする前記直流電源の電圧とによりインバータ制御部５内で求められたトランジスタＱの前記短絡時間ｔｎが２５マイクロ秒であったとすると、まず、零電圧検出回路１３での、前記零電圧ポイントの再検出が可能となった時点から１秒経過するまでは、前記短絡時間の２５マイクロ秒に、図３のデータテーブルの２０％を乗じ、前記最終的な短絡時間を５マイクロ秒の短絡時間ｔ１として、前記パルス信号をトランジスタＱへ印加して、昇圧チョッパ回路１１の駆動を開始させる。
【００２３】
そして、前記零電圧ポイントの再検出が可能となった時点から１秒が経過したら、今度は、図３のデータテーブルの４０％を前記短絡時間の２５マイクロ秒に乗じ、最終的な短絡時間を１０マイクロ秒の短絡時間ｔ２として、前記パルス信号をトランジスタＱへ印加する。
【００２４】
同様に、前記零電圧ポイントの再検出が可能となった時点から２秒が経過したら、前記短絡時間の２５マイクロ秒の６０％となる１５マイクロ秒の短絡時間ｔ３とし、３秒が経過したら、８０％の短絡時間ｔ４として行き、所定の短絡時間となる、上記商用交流電源２から入力される入力電流と、目標とする前記直流電源の電圧とによりインバータ制御部５内で求められた前記短絡時間ｔｎの２５マイクロ秒へと戻して行く。
【００２５】
これにより、図４に示す様に、前記直流電源の電圧は、徐々に昇圧され、所定の電圧へと戻るため、急激な電源電圧変動による過電流が抑えられることとなる。
【００２６】
なお、図４では、表現の都合上、正弦波の半周期毎に、上記図３のデータを変更し、前記直流電源の電圧が昇圧される様に示している。
【００２７】
もちろん、上記図３に記載のデータテーブルの経過時間は、本インバータ装置１で運転される負荷１０により、必ずしも１秒毎とする必要は無く、商用交流電源２の正弦波の数サイクル毎に前記短絡時間ｔ１〜ｔ４を演算し、トランジスタＱを駆動することとしても構わない。
【００２８】
なお、本実施の形態では、この商用交流電源２から整流した前記直流電源の昇圧を段階的に行なう本インバータ装置１について、上記の様に、零電圧検出回路１３での商用交流電源２の零電圧ポイント検出を見失い、再度、前記零電圧検出ポイントの検出が可能となった場合として説明して来たが、特にこれに限らず、前記零電圧ポイントの検出が可能となっており、前記昇圧チョッパ回路１１の駆動を開始させる際に毎回行なうものとしても構わない。
【００２９】
それは、上記説明の様に、零電圧検出回路１３での商用交流電源２の零電圧ポイント検出を逸し、再度、前記零電圧検出ポイントの検出が可能となった場合では、負荷１０への出力電流も高く、前記負荷１０へ印加する交流電源の電圧も高くする必要があり、前記直流電源の電圧も高く昇圧しなければならないため、上記直流電源の段階的な昇圧を行なうことで、電源電圧の急激な変動を抑え、これによる急激な運転電流の変動も抑えることが可能となるため、有効なものとなるが、通常、前記昇圧チョッパ回路１１の駆動を開始する時点では、商用交流電源２からの入力電流は低く、前記直流電源の電圧も低い状態にあり、負荷１０へ出力される電流も低い状態から行なっており、上記の様な、急激な電圧変動や、過電流の発生は心配されないため、昇圧チョッパ回路１１での前記段階的な昇圧を行なっても、上記ほど有効なものとはならない。
【００３０】
しかし、この昇圧チョッパ回路１１の駆動開始でも、前記段階的な昇圧を行なわせることにより、上記負荷１０へ出力される電流が低い状態でも、更なる安全な前記直流電源の昇圧が行なえるとともに、インバータ制御部５に内蔵されたプログラムも簡素化することが出来るため、開発期間の短縮や、開発者への負担軽減を行なうことができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、上記図４で示す様に、商用交流電源２の正弦波の立上り時に印可する昇圧チョッパ回路１１の前記パルス信号のみの前記短絡時間を可変して説明したが、これは必要に応じて、前記正弦波の頂部、或いは、立下り時の前記パルス信号の短絡時間を可変するものとしても構わない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明より、昇圧チョッパ回路を備え、商用交流電源の零電圧ポイントを基準としたタイミングで、前記昇圧チョッパ回路を制御し、直流電源の昇圧をし、出力交流電源の電圧調整と、力率改善となどを行なっているインバータ装置で、前記零電圧ポイントの検出を逸し、再開できた際の前記昇圧チョッパ回路の駆動を、極短時間のパルス信号から開始し、段階的に所定のパルス信号での駆動へとすることにより、前記直流電源の急激な電圧変化が回避され、不用意な過電流の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインバータ装置１について示したブロック図である。
【図２】図１のインバータ装置１の昇圧チョッパ回路について示した回路図である。
【図３】図１のインバータ制御部５に内蔵されたデータテーブルである。
【図４】本発明による昇圧チョッパ回路の駆動再開の波形を示した図である。
【符号の説明】
１インバータ装置
２商用交流電源
３整流回路
４インバータ回路
５インバータ制御部
６パワー・トランジスタモジュール
７ドライブ回路
８電流検出抵抗
９保護回路
１０負荷
１１昇圧チョッパ回路
１２平滑コンデンサ
１３零電圧検出回路
L リアクタ
Q トランジスタ
D 整流ダイオード

Claims

商用交流電源の零電圧ポイントを検出し、前記零電圧ポイントを基準とするタイミングで昇圧チョッパ回路を駆動して、前記商用交流電源から整流平滑した直流電源を昇圧し、負荷の運転を行なうインバータ装置において、
前記交流商用電源の前記零電圧ポイントを見失い、再度、前記零電圧ポイントが検出出来た際、前記昇圧チョッパ回路を駆動するパルス信号のＯＮ時間の割合を変化させ、前記直流電源の電圧を所定の電圧まで段階的に昇圧させたことを特徴とするインバータ装置。
前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記昇圧チョッパ回路の駆動開始からの経過時間に基づいて、前記パルス信号の所定時間まで変化させたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
前記所定時間を、前記商用交流電源から前記インバータ装置へ流入する電流値と、目標とする前記直流電源の電圧とに基づいて求められた前記パルス信号のＯＮ時間としたことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記零電圧ポイントを検出した時点からの経過時間に基づいて求められた係数としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータ装置。
前記パルス信号のＯＮ時間の割合を、前記昇圧チョッパ回路を制御する制御部へ備えた前記零電圧ポイントを検出した時点からの経過時間に対応した係数テーブルのデータとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータ装置。