JPH02123970A - 電流制御系のゲインアンバランス補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１例えばＰＷＭ（パルス幅変調）制御方式イン
バータ等のマイナループを構成する電流制御系のゲイン
アンバランス補償回路に関する。

（従来の技術） 交流モータ等の交流負荷が接続されるインバータ制御と
して、従来１例えばＰＷＭインバータシステムによる制
御が知られている。この種のシステムでは、第３図に示
すように、直流電源１１に対して例えばトランジスタに
より各アームが構成された三相のインバータ回路１２を
接続し、制御回路１３によりインバータ回路１２の各ト
ランジスタのペースに所望のパルス幅の信号を与え、イ
ンバータ回路１２の出力電流（負荷電流）を制御して交
流モータ等の交流負荷１４に電力を供給する。

第３図に示すＰＷＭインバータの制御では、−般に、イ
ンバータ回路１２の出力電流を安定したものとするため
マイナループによる電流制御系が採用されている。

この電流制御系は、第４図に示すように電流検出部２１
により負荷電流の実際値ｉを検出して減算器２２に検出
値ｉ　ｆａｔを出力し、減算器２２は電流設定値ｉｌｌ
と前記検出値ｉ　ｉｓｔとを比較し、これら両値の偏差
ｉ・−ｉ　ｉｓｔを自動電流調節器（ＡＣＲ）２３に出
力する。そして、このＡＣＲ２３は、前記偏差ｉ・−ｉ
　ｉｓｔに応じた所定の信号をパルス幅変調回路（ＰＷ
Ｍ回路）２４に出力し、ＰＷＭ回路２４は前記電流設定
値ｉ・と前記検出値ｉ　ｉｓｔとを一致させるべく、イ
ンバータ回路１２の制御を行う。

（発明が解決しようとする課題） ところで、一般に三相の電流制御系では経済的な理由か
ら、実電流の検出は二相についてのみ行い、残りの１相
については前記二相についての検出値から演算すること
としている。

そして、実際に検出している二相（例えば、Ｕ相、Ｗ相
）の電流検出部に用いられているＣＴ、シャント、絶縁
アンプ、オペアンプ等の素子の特性はＵ相とＷ相とで必
ずしも同一でないため、一般にＵ相とＷ相との各ゲイン
が多少異なっている。即ち、上記Ｕ相、Ｗ相間にはゲイ
ンアンバランスが生じている。

Ｕ相、Ｗ相にゲインアンバランスが存在していない理想
状態では、三相各電流ｉ　ｕ、　ｉ　ｖ、　ｉ　ｗは、
１ｕ＝Ｉｓｉｎθ　　　　　　　・・・■１ｖ＝Ｉｓｉ
ｎ（θ−２π／３）　　”’■ｉ　ｗ　＝　ｌ５ｉｎ（
０−４π／３）　・・・■となる。ここで１は各電流の
波高値、θ（ωｔ）は電気角（ω：角周波数、ｔ：時間
）である。

いま１例えば第３図における交流負荷１４が同期電動機
である場合、トルク定数をＫとすると電動機トルクＴは
、 Ｔ＝Ｋ　・−・　■　　　　　　　　・・・■で表わさ
れる。

しかし、Ｕ相とＷ相とに設けられた各ｆｆｉ！検出部２
１にゲインアンバランスが存在しているときには、三相
各型′ｄＬｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、ゲインアンバランス係
数をδ（Ｕ相の電流検出部の出力とＷ相の電流検出部の
出力との比）とすると、 １ｕ＝Ｉｓｉｎθ　　　　　　　　　　・・・■１ｖ＝
Ｉ・（δ２−δ＋１）１／− ｉ　ｗ　＝δ・ｌ５ｉｎ（θ−４π／３）　　　　　　
−・・■となる。

交流負荷１４である同期電動機を駆動した場合、トルク
Ｔは０〜０式により、 ・ｓｉｎ　（２ θ＋ｊａｎ−１）］ ・・・■ となる。

ただし、 である。

０式において大括弧内の最後の項 （Ａ”＋　Ｂ”）””５ｉｎ（２θ＋ｔａｎ−１）がト
ルクリプル分を示している。

このように従来では、上記Ｕ相、Ｗ相の電流検出部の各
ゲイン及びこれらの各ゲインにより演算されたＶ相のゲ
インに基づく出力電流が、第５図に示すように三相不平
衡となり、この不平衡電流により例えば三相交流電動機
等の三相負荷を駆動した場合にトリクリプル、回転むら
等が生じるという不都合があった。これに対し、各ゲイ
ン特性が同一である電流検出部を用いれば、上記ゲイン
アンバランスに起因するトルクリプル等は生じないが、
このような電流検出部は価格が高く汎用性に欠けるとい
う問題がある。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
あって、インバータ出力電流を検出する電流検出器のゲ
インの相違を安価にて解消し、三相交流電動機のトルク
リプル等をなくすようにした電流制御系のゲインアンバ
ランス補償回路を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 発明者は、上記課題を検討し研究を重ねた結果、■上記
ゲインの相違が生ずる要因は、電流検出器以外の他の部
分にも存在するが、量的にはその大部分が電流検出器に
存在するので、上記他の部分における各ゲインの相違は
無視でき、■各電流検出器のゲインの不平衡による二相
分の各電流検出値の相違を補償するように制御を行えば
、実質上、上記ゲインの相違に起因する不安定な電流制
御を解消できる、との知見を得た。

すなわち本発明は、インバータ回路の各相出力端子の任
意の二相にそれぞれ設けられた電流検出器からの検出信
号を各々の入力とし、該検出信号に応じた信号をそれぞ
れ出力する第１及び第２の入力信号ホールド手段と、前
記各入力信号ホールド手段からの出力の比を演算する割
算器と、前記割算器の出力信号と前記各電流検出器の何
れか一方の検出信号又は前記二相のうち何れか一方の乱
流設定値とを乗算して電流調節器の入力側に出力する掛
算器とからなり、前記インバータ回路の本運転に先立ち
、前記二相以外の相電流をゼロとしたときの前記二相の
うち一相の電流検出器のゲインに対する他相の電流検出
器のゲインアンバランス係数を前記入力信号ホールド手
段及び割算器により求めてこの値を保持させ、前記イン
バータ回路の本運転時に、前記ゲインアンバランス係数
と前記二相のうち一相の電流検出値又は電流設定値とを
前記掛算器により乗算して各電流検出器のゲインアンバ
ランスを補償することを特徴とする。

（作用） まず１本運転前に予めインバータ回路の出力電流のうち
、電流検出器がゲインアンバランス補償回路に接続され
ていない相（例えば■相とする）の電流値をゼロとする
。すなわち、電流検出器がゲインアンバランス補償回路
に接続されている二相（Ｕ相、Ｗ相）の各電流の絶対値
が等しく、その符号が正負逆となるようにインバータ回
路の出力電流（負荷電流）を設定しておく。

前記Ｕ相、Ｗ相の各検出値はゲインアンバランス補償回
路の第１．第２の入力信号ホールド手段にそれぞれ入力
される。これらの入力信号ホールド手段は前記Ｕ相、Ｗ
相の各検出値を割算器に出力し１割算器は、各入力信号
の比を演算してゲインアンバランス係数として掛算器に
出力する。この掛算器は、前記割算器の出力と、前記各
電流検出器の何れか一方１例えばＷ相電流検出器の出力
とを乗算してＷ相減算器に出力する。この減算器は上記
乗算器からの入力信号とＷ相電流設定値との偏差を演算
してＷ相自動電流調節器に出力する。

そして、この学習運転中における前記ゲインアンバラン
ス係数は例えば割算器に記憶される。

一方、前記各電流検出器のうち他方のＵ相電流検出器の
出力はＵ相減算器に入力され、Ｕ相電流設定値とＵ相電
流検出値との偏差がＵ相電流調節器に出力される。

本運転時において、既に記憶されたゲインアンバランス
係数が前記掛算器において１１電流検出値と乗算される
ことにより、Ｕ相及びＷ相のゲインアンバランスが補償
され、掛算器の出力はＷ相電流設定値と比較される電流
検出値となる。また、ｔＪＪｆｌｉｔ流検出値はそのま
まＵ相電流設定値と比較される電流検出値となる。これ
により、各相の電流調節器は、ゲインアンバランスのな
い電流制御を行うことができる。

（実施例） 以下１本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は１本発明回路を組み込んだＰＷＭインバータの
電流制御系のブロック図である。まず、この制御系の全
体構成を簡単に説明すると、三和のインバータ回路１２
の出力側には交流負荷１４が１妾続されており、インバ
ータ回路１２の３出力端子のうちＵ相、Ｗ相の２端子に
はホールＣＴやシャン１−等の電流検出器２５ａ、２５
ｂが設けられている。

そして、これらの電流検出器２５ａ、２５ｂはゲインア
ンバランス補償回路（以下、ｒＧＵ補償回路」という）
１に接続され、また、一方の電流検出器２５ａは減算器
２２ａを介して自動電流調節器（ＡＣＲ）２３ａに接続
されていると共に、ＧＵ補償回路１の出力端−ｆは減算
器２２ｂを介してＡＣＲ２３ｂに接続されている。

次に、ＧｔＪ補償回路１の構成を詳細に説明する。

第１図に示すように、Ｇ　Ｕ補償回路１は、電流検出器
２５ａ、２５ｂの各出力をそれぞれ人力とするローパス
フィルタ２ａ、２ｂと、これらローパスフィルタ２ａ、
２ｂの各出力をそれぞれ人力とするピークホールド回路
３ａ、３ｂと、これらピークホールド回路３　ａ、３　
ｂの両出力を入力とし、その演算結果を保持可能な割算
器４と、この割算器４の出力及び前記電流検出器２５ｂ
の出力を人力とし、その演算結果を減算器２２ｂに出力
する掛算器５とから構成されている。ここで、ローパス
フィルタ２ａ又は２ｂとピークホールド回路３ａ又は３
ｂとがそれぞれ第１又は第２の入力信号ホールド手段を
構成している。なお、ピークホールド回路３ａ、３ｂ、
割算器４、掛算器５等はＡ／Ｄ変換器、マイクロコンピ
ュータ、Ｄ／Ａ変換器等で構成されている。

以下、ＧＵ補償回路１の作用を説明する。

最初に、本運転前の学習運転時に予めゲインアンバラン
ス係数δの検出を行う。以下、この検出方法を説明する
。

まず、ＡＣＲ２３ａ、２３ｂにより、インバータ回路１
２の出力電流ｉｕ、ｌ　Ｖｅ　ｌ　ｗをｉｕ＝　　ｉｗ
、１ｖ＝Ｏに設定する。このときの電流ｉ　ｕ、　ｉ　
Ｖ、　ｉ　Ｗの様子を第２図に示す０次に、インバータ
回路１２の出力電流１ｕ、ｉＷを電流検出器２５ａ、２
５ｂによりそれぞれ検出する。ローパスフィルタ２ａ、
２ｂにより電流ｉｕ、ｉｗの基本波成分のみが取り出さ
れ、ピークホールド回路３ａ、３ｂにより電流ｉｕ。

ｉｗのピークホールド或いはサンプルホールドが行われ
、各検出値がそれぞれ出力される。

いま、ピークホールド回路３　ａ、３　ｂの出力がそれ
ぞれＶ　１　ｕ　ＨＶ　ｈ　％ｌ／であるとすると、割
算器４の出力はＶｉｕ／Ｖｉｗとなる。この割算器４の
出力Ｖ　ｉｕ／　Ｖ　ｓ　ｗは掛算器５に入力される。

掛算器５には、この入力値Ｖｉｕ／Ｖｉｗの他、電流検
出器２５ｂの出力Ｖ　２　Ｓ　ｂも入力されるので、掛
算器５はこれらの入力値を乗算しくＶ玉ｕ／Ｖｉｗ）Ｘ
　Ｖｚｓｂを演算して出力する。

仮りに、ここで電流検出器２５ａ、２５ｂのゲインに不
平衡が存在しなければ、電流検出器２５ａの出力Ｖ　２
　Ｓ　ａ　＝　Ｖ　２　ｓ　ｂとなる。

また、電流検出器２５ａ、２５ｂのゲインに不平衡が存
在する場合には、該不平衡の比を１：１／δとすると。

電流検出器２５ａの出力は。

Ｖｔ５ａ＝ＶｘｓｂＸδ 割算器４の出力は、 Ｖｉｕ／Ｖｉｗ　＝δ、 掛算器５の出力は、 （Ｖ　ｔｕ／　Ｖ　ｔ　ｗ　）　Ｘ　Ｖｚｓｂ　＝δＸ
Ｖｚｓｂなので、 （掛算器５の出力） ＝（電流検出器２５ａの出力電圧Ｖ　２ｓ　ａ　）とな
り、電流検出器２５ａ、２５ｂのゲインには見掛は上、
不平衡が存在しないことになる。

なお、掛算器５の配置は、電流検出器２５ａ側であって
もよいことはいうまでもないし、電流指令部側であって
もよい。

次に、割算器４は１本運転に先立ってこのときの出力δ
（２人力でもよい）をホールドしておく。

そして５本運転時に、割算器４にホールドしておいた上
記ゲインアンバランス係数δを掛算器５に出力する。掛
算器５では、電流検出器２５ｂの出力電圧Ｖ　ｚ　ｓ　
ｂにゲインアンバランス係数δを乗算して減算器２２ｂ
に出力するので、本運転時において見掛は上、ゲインア
ンバランスが生じることはな−）。

なお、上記実施例では、予め検出しておいたゲインアン
バランス係数δを割算器４にホールドするものとしたが
、掛算器５に該係数δをホールドしておき、電流検出器
２５ｂの出力電圧Ｖ　ｚ　ｓ　ｂと乗算して出力させて
もよく、また、ピークホールド回路３ａ、３ｂに学習運
転時の出力値を予めホールドしておき本運転時にこれら
のホールド値を割算器４に出力してゲインアンバランス
係数δを演算、出力させてもよい。

更に、ゲインアンバランス係数δはＧＵ補償回路１、電
流検出器２５ａ、２５ｂ、減算器２２ａ、２２ｂ。

ＡＣＲ２３ａ、２３ｂ等からなるシステムの製造段階に
おいて予め検出しておき、これをＧＵ補償回路１に設け
たバッテリバックアップ等の保持手段により、割算器４
等にホールドしておいてもよい。

更にまた。上記実施例では、掛算器５を電流検出器２５
ｂと減算器２２ｂとの間に設けたが、掛算器５を減算器
２２ｂの電流設定値側端子に設けてもよい。加えて、上
記実施例ではＵ相、Ｗ相におけるゲインアンバランスを
補償する場合を説明したが。

本発明はインバータ回路出力側の任意の二相に対して適
用可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、電流制御系の各電流検出
器に生ずるゲインのアンバランス係数を予め検出、保持
しておき、本運転時に上記ゲインの不均衡をゲインアン
バランス係数により補償することにしたので、比較的簡
単な構成によりインバータ出力電流の不平衡を解消する
ことができ、交流モータのトルクリプルや回転むらを低
減させて交流負荷の特性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための電流制御系
のブロック図、第２図は第１図の実施例における学習運
転時等における各相電流の様子を示す図、第３図はＰＷ
Ｍインバータシステムの説明図、第４図は従来の電流制
御系を示すブロック図、第５図は第４図に示す電流制御
系において各ｍＡ検出部にゲインアンバランスが生じた
ときの出力電流を示す波形図である。 １・・・ゲインアンバランス補償回路 ２ａ、２ｂ・・ローパスフィルタ ３　ａ、３　ｂ・・・ピークホールド回路４・・・割算
器　　　　　５・・・掛算器１２・・・インバータ回路 ２５ａ、２５ｂ・・・電流検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インバータシステムの電流制御系に適用されるゲインア
   ンバランス補償回路において、 インバータ回路の各相出力端子の任意の二相にそれぞれ
   設けられた電流検出器からの検出信号を各々の入力とし
   、該検出信号に応じた信号をそれぞれ出力する第１及び
   第２の入力信号ホールド手段と、前記各入力信号ホール
   ド手段からの出力の比を演算する割算器と、前記割算器
   の出力信号と前記各電流検出器の何れか一方の検出信号
   又は前記二相のうち何れか一方の電流設定値とを乗算し
   て電流調節器の入力側に出力する掛算器とからなり、 前記インバータ回路の本運転に先立ち、前記二相以外の
   相電流をゼロとしたときの前記二相のうち一相の電流検
   出器のゲインに対する他相の電流検出器のゲインアンバ
   ランス係数を前記入力信号ホールド手段及び割算器によ
   り求めてこの値を保持させ、前記インバータ回路の本運
   転時に、前記ゲインアンバランス係数と前記二相のうち
   一相の電流検出値又は電流設定値とを前記掛算器により
   乗算して前記各電流検出器のゲインアンバランスを補償
   することを特徴とする電流制御系のゲインアンバランス
   補償回路。