JPH03261375A - 正弦波近似ｐｗｍインバータ装置 - 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］ この発明は誘導電動機を可変速駆動する正弦波近似ＰＷ
Ｍインバータ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置を示す
回路構成図であり、第７図は「ＡＣサーボモータとマイ
コン制御」　（見城尚志著、昭和５９年２月１０日発行
：総合電子出版社）のＰ、　　１９１に記載された正弦
波パルス幅変調（以下、ＰＷＭという）波形の生成理論
を表す説明図、第８図は同じく上記文献のＰ、１９４に
記載された三相波形構成図、第９図は同じく上記文献の
Ｐ、２１５に記載された従来の上下短絡防止時間の設定
を示すタイミングチャートである。

第６図において、（１）は商用交流電源、（２）は前記
交流電源（１）を直流に変換するコンバータ部、（３）
はパワートランジスタ等のスイッチング素子（３ｕ）〜
（３Ｚ）により構成されているスイッチング素子部であ
り、前記直流電源を疑似交流に変換する。（４）は圧縮
機等の誘導電動機であり、前記スイッチング素子部（３
）から出力される疑似交流により駆動する。（５）はパ
ルス幅変調信号を出力するマイクロコンピュータ、（６
）は前記スイッチング素子部（３）の各相の対を成す上
下のスイッチング素子（３ｕ）〜（３２）が同時に導通
状態となり短絡することを防止する上下短絡防止回路で
ある。

従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置は上記のように
構成されており、上下短絡防止回路（６）を介してマイ
クロコンピュータ（５）から出力されるＰＷＭ信号によ
り、スイッチング素子部（３）の各スイッチング素子（
３ｕ）〜（３ｚ）の動作が適宜制御される。なお、上下
短絡防止回路（６）はマイクロコンピュータ（５）内に
含まれる場合もある。

ここで、マイクロコンピュータ（５）から出力されるＰ
ＷＭ信号について説明する。第７図に示すように、正弦
波近似ＰＷＭ方式は、正弦波と三角波（または、キャリ
ア）とを対比し、正弦波または三角波を基準にしてどち
らかのピーク値を変化させたときに得られるパルス波系
列を利用する。

なお、第７図は三相インバータの一相分のみを示してお
り、インバータを構成する他の二相は、第８図に示すよ
うに、各々１２０度の移相差をもっており、上下相では
各々論理が反転した信号を圧力する。

また、インバータを構成するスイッチング素子（３ｕ）
〜（３ｚ）は、ベース電流がオフしてからコレクタ電流
がオフするまで、通常、数μ秒の遅れがある。そこで、
第９図に示すように、ＰＷＭ信号には予め所定の上下短
絡防止時間（Ｔｄ）を設定し、スイッチング素子部（３
）の各相の対を成すスイッチング素子（３ｕ）〜（３ｚ
）が同時にオンして導通状態とならないように構成され
ている。そして、これらのスイッチング素子（３Ｕ）〜
（３ｚ）が短絡状態となるのを防止している。一般的に
、この上下の画素子のオフ時間は第９図に示すようなＣ
Ｒ回路、若くはタイマやマイコンの内部処理で設定して
いる。

つぎに、第６図、第８図、及び第１１図を参考にしつつ
、第１０図のフローチャートに沿ってＰＷＭ信号の生成
動作について説明をする。第１０図は従来の正弦波近似
ＰＷＭインバータ装置のマイクロコンピュータによるＰ
ＷＭ信号の生成動作を示すフローチャート、第１１図は
従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置のマイクロコン
ピュータから出力されるＰＷＭ信号を示すタイミングチ
ャートである。なお、第８図の三相波形構造図は、６０
度単位でＸ、ＹＳＺの三種類の波形を振分け、若しくは
、反転させて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を構成していることを示し
ている。

第１０図において、マイクロコンピュータの内部割込処
理が開始されると、ステップＳ１でポインタを＋１とし
、ステップＳ２で６０度のデータ終了であるか否かの判
定を行なう。終了と判断した場合には、ステップＳ３で
ポインタをイニシャライズして、ステップＳ４でステー
ジカウンタの減算を行なう。このステージは６０度単位
で変更される。そして、ステップＳ５に進み、次のポイ
ンタで示される内容をステージカウンタで示されるポー
ト、即ち、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のいずれかに出力する。また、
ステップＳ２で６０度のデータ終了と判断しない場合に
は、上記のステップＳ３及びステップＳ４を飛越してス
テップＳ５の動作を行なう。つぎに、ステップＳ６でポ
インタを＋１として、ステップＳ７でポインタで示され
る内容をタイマに入れる。このタイマの値は、次の割込
みまでの時間となる。そして、ステップＳ８で割込みを
許可することにより、この割込処理動作から脱出する。

上記の動作を繰返すことにより、マイクロコンピュータ
は第１１図に示すようなＰＷＭ波形を生成する。この時
点では、ｕｐとＵｎ、ＶｐとＶｎ、及びＷｐとＷｎは各
々反転した信号である。これらのＰＷＭ波形を第６図の
上下短絡防止回路（６）に入力することにより、第９図
に示すように立上り（スイッチング素子のオン）タイミ
ングが設定した所定の時間分遅れた波形となる。即ち、
スイッチング素子（３ｕ）〜（３ｚ）は、上下短絡防止
回路（６）によって設定時間分遅れてオンすることにな
る。

このようなＰＷＭ信号によりスイッチング素子部（３）
をドライブすることにより、スイッチング素子部（３）
の各相の対を成すスイッチング素子（３ｕ）〜（３ｚ）
が短絡するのを防止している。

受けるので、ＰＷＭのキャリア周波数を高くすることが
できなかった。

そこで、この発明は上下短絡防止時間による波形歪を是
正し、スイッチング素子部の出力波形をより正弦波化し
て、安定した運転と高効率な運転ができる正弦波近似Ｐ
ＷＭインバータ装置の提供を課題とするものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置で
は、スイッチング素子部（３）の各相の対を成すスイッ
チング素子（３ｕ）〜（３ｚ）の短絡を防止するために
、上下短絡防止回路（６）によって通電中のスイッチン
グ素子（３ｕ）〜（３ｚ）のオンタイミングを所定の時
間だけ遅延させていた。

このため、スイッチング素子部（３）の出力電圧電流が
歪み、トルクリプルが増加し、誘導電動機（４）の安定
した運転が阻害されていた。また、短いパルスはど上下
短絡防止時間の影響を大きく［課題を解決するための手
段］ この発明にかかる正弦波近似ＰＷＭインバータ装置は、
パルス幅変調信号により駆動され、直流電源から三相疑
似交流を出力するスイッチング素子部（３）と、前記ス
イッチング素子部（３）の各相の対を成すスイッチング
素子が同時に導通し短絡しないように前記パルス幅変調
信号に所定の上下短絡防止時間を設定する上下短絡防止
時間設定手段と、前記三相交流の電流位相の反転タイミ
ングを検出する位相反転検出手段と、前記位相反転タイ
ミングに応じて、前記パルス幅変調信号の時間幅及び上
下短絡防止時間を変更するＰＷＭ信号変更手段とを具備
するものである。

［作用］ この発明の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置においては
、パルス幅変調信号により駆動され、直流電源から三相
疑似交流を出力するスイッチング素子部（３）の各相の
対をなすスイッチング素子が同時に導通しないように、
前記パルス幅変調信号に所定の上下短絡防止時間を設定
するが、この際に、前記上下短絡防止時間を前記三相交
流の電流位相の反転タイミングを検出し、この位相反転
タイミングからスイッチング素子が通電中であるか否か
を判定し、通電中の場合には、その素子のオンタイミン
グと逆相にあたる素子のオフタイミングを早めるように
変更することにより、通電中のスイッチング素子のオン
オフタイミングを的確に効率よく制御できる。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例である正弦波近似ＰＷＭイ
ンバータ装置を示す回路構成図である。

図中、（１）から（６）は上記従来例の構成部分と同一
または相当する構成部分を示すものである。

図において、（７）は相電流位相検出回路であり、相電
流のゼロタイミングを検出して、第２図の（ａ）から（
ｉ）のようなパルス信号をマイクロコンピュータ（５）
に出力している。

第２図は第１図の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置の相
電流位相検出回路の動作を示すタイミングチャートであ
る。

図において、（ａ）から（Ｃ）の各タイミングチャート
はＵ相、■相、Ｗ相の各相電流波形、（ｄ）から（ｉ）
の各タイミングチャートは第１図の相電流位相検出回路
（７）の出力波形、（ｊ）から（０）の各タイミングチ
ャートはスイッチング素子部（３）を駆動するＰＷＭ信
号である。

この実施例の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置は上記の
ように構成されており、従来と同様に上下短絡防止回路
（６）を介してマイクロコンピュータ（５）から出力さ
れるＰＷＭ信号により、スイツチング素子部（３）の各
スイッチング素子（３ｕ）〜（３ｚ）の動作を適宜制御
する。しかし、その際に、この実施例では相電流位相検
出回路（７）により、相交流の電流位相の反転タイミン
グに応じて、前記ＰＷＭ信号の出力タイミングが適宜補
正される。

つぎに、第５図を参考にしつつ、第３図及び第４図のフ
ローチャートに沿ってＰＷＭ信号の生成動作について説
明をする。第３図及び第４図はこの実施例の正弦波近似
ＰＷＭインバータ装置のマイクロコンピュータによるＰ
ＷＭ信号の生成動作例を示すフローチャート、第５図は
この実施例の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置によるＰ
ＷＭ信号の生成と上下短絡防止時間の設定との関係を示
すタイミングチャートであり、電流位相信号の反転前と
反転後のＰＷＭ出力の変化を示している。

なお、マイクロコンピュータ（５）は各相毎に時間デー
タと論理データをセットすることによりＰＷＭ信号を出
力する機能を備えている。

また、この実施例では、ＰＷＭの１ｚ２周期毎、即ち、
第５図の三角波の最上位点と最下位点毎に内部割込みが
発生するようにプログラムにイニシャライズされている
。したがって、キャリアである三角波最上位点または最
下位点を通過することにより、割込み動作がスタートす
る。

第３図において、始めに、ステップＳｌｌでキャリアが
上昇時か下降時かを判断する。下降時の場合には、ステ
ップＳ１２からステップＳ２２の一連の処理がなされ、
上昇時の場合には、ステップ８２４からステップＳ３４
の一連の処理がなされる。

まず、キャリアが下降時の場合について述べる。

この場合には、ステップＳ１２で対象となるステージカ
ウンタを読出し、ステップ３１３で現在の角度θを読出
し、ステップ８１４でＸ相の出力時間を演算する。そし
て、ステップＳ１５で現在の角度と第３図の処理で演算
した電圧電流位相差の角度データとを比較し、電流位相
信号が反転したか否かを判定する。反転前の場合には、
ステップＳ１６で上下短絡防止回路（６）で設定した時
間をステップＳ１４における演算結果に基づき減算した
後、ステップ８１７に進む。また、反転後の場合には、
ステップＳ１５をジャンプしてステップＳ１７に進む。

ステップ８１７では最短、最長パルスのリミッタをかけ
、ステップ３１８でステップ８１２において読込んだス
テージカウンタ値に従って、Ｕ、、Ｖ、Ｗ相のいずれか
にＸ相を出力する。ここまでの処理を、第５図で説明す
ると、ステップ８１４での演算結果が（ＴＩ　−ＴＯ＞
であり、ステップ８１６での減算処理によって（ＴＩ’
−ＴＯ＞に変更されることになる。続いて、ステップＳ
１９でステージカウンタ値に従って’ＩＵ％ｖ、Ｗ相の
いずれかにＹ相を出力する。そして、ステップＳ２０で
ステップＳ１４における処理と同様に２相を出力時間を
演算し、ステップＳ２１でリミッタ処理を行ない、ステ
ップＳ２２でＵ１ｖ１Ｗ相のいずれかにＺ相を出力する
。このようにして、キャリアが下降時の場合の割込処理
が実行される。

次に、ステップ８１１でキャリアが上昇時の場合につい
て述べる。この場合にも、ステップＳ２４で対象となる
ステージカウンタを読出し、ステップ８２５でＺ相の出
力時間を演算し、ステップ３２６で前記演算結果に基づ
き上下短絡防止回路（６）に設定した時間を減算し、ス
テップＳ２７でリミッタ処理を行なった後、ステップ８
２８でＵ、Ｖ、Ｗ相のいずれかにＺ相を出力する。続い
て、ステップＳ２９ではＸ相の出力時間を演算し、ステ
ップＳ３０でステップ８１５と同様に電流位相信号が反
転したか否かを判定する。反転後の場合には、ステップ
Ｓ１５の場合とは逆に、ステップＳ３１で上下短絡防止
回路（６）で設定した時間を減算した後、ステップＳ３
２に進む。また、反転前の場合には、ステップ８３１を
ジャンプしてステップＳ３２に進む。そして、ステップ
Ｓ３２でリミッタ処理を行ない、ステップ５３３でＵ１
ＶＳＷ相のいずれかにＸ相を出力する。この後、ステッ
プＳ３４で第５図の処理が行なわれる。このステップ８
２９からステップ８３３までの処理を、第５図で説明す
ると、ステップＳ２９での演算結果が（Ｔ８−Ｔ２　）
であり、ステップＳ３１での減算処理によって（Ｔ３’
−Ｔ２　）に変更されることになる。また、ステップＳ
２５からステップ８２８までの処理も、ステップＳ３０
での判別処理がないことを除けば同様の動作を行なう。

このようにして、キャリアが上昇時の場合の割込処理が
実行される。

上記のキャリアが下降時の場合及び上昇時の場合の割込
処理が実行された後は共に、ステップＳ３５に進む。ス
テップ８３５では、現在生成しているＰＷＭ信号の進み
角（θ＝θ＋Δθ）を計算する。そして、ステップＳ３
６で上記の計算結果が６０度を過ぎたか否かを判別する
。即ち、ステージが変更したか否かを判別する。ステッ
プＳ３５での計算結果が６０度を経過していない場合に
は、ステップＳ３６からステップＳ３７に進み、ステッ
プＳ３７で相電流位相検出回路（７）から入力される６
つの相電流位相反転信号を読込み、ステップ８３８で上
記ステップ８３３によるタイマ値Ｘの出力光に対応した
相の位相反転信号の状態をチエツクする。即ち、Ｘの出
力光に対応する相の反転入力が有りか否かを判断する。

そして、立下りエツジを検出した場合には、ステップＳ
３９で位相反転フラグをセットして、割込処理を終了す
る。また、ステップＳ３５での計算結果が６０度を経過
している場合には、ステップＳ３６からステップＳ４０
に進み、ステップＳ４０でステージカウンタを減算して
、ステップＳ４１でステップＳ３９でセットした位相反
転フラグをクリアして、割込処理を終了する。なお、ス
テージカウンタは演算した各時間データを、Ｕ、Ｖ、Ｗ
相に振分けて出力するためのオフセットである。

したがって、第５図の電流位相信号の反転後は、上記処
理によって、スイッチング素子を制御するＰＷＭ信号の
オンオフは、三角波と正弦波との交点と同じタイミング
で制御される。

上記のように、この実施例の正弦波近似ＰＷＭインバー
タ装置は、三角波と正弦波を比較して生成されるＰＷＭ
信号により駆動され、直流電源から三相疑似交流を出力
するスイッチング素子部（３）と、前記スイッチング素
子部（３）の各相の対をなすスイッチング素子が同時に
導通し短絡しないように前記ＰＷＭ信号に所定の上下短
絡防止時間を設定する上下短絡防止時間設定手段として
機能する上下短絡防止回路（６）と、前記三相交流の電
流位相の反転タイミングを検出する位相反転検出手段と
して機能する相電流位相検出回路（７）と、前記相電流
位相検出回路（７）による位相反転タイミングに応じて
、前記ＰＷＭ信号の時間幅及び上下短絡防止時間を変更
するＰＷＭ信号変更手段とを備えている。

そして、ＰＷＭ信号により駆動され、直流電源から三相
疑似交流を出力するスイッチング素子部（３）の各相の
対をなすスイッチング素子が同時に導通しないように、
前記ＰＷＭ信号に所定の上下短絡防止時間を設定する際
に、この上下短絡防止時間を前記三相交流の電流位相の
反転タイミングを検出し、この位相反転タイミングから
スイッチング素子が通電中であるか否かを判定し、通電
中の場合には、その素子のオンタイミングと逆相にあた
る素子のオフタイミングを早めるように変更する。

したがって、通電中のスイッチング素子に対して、オン
オフタイミングを的確に効率よく制御できる。この結果
、従来起こっていた上下短絡防止時間の影響によるスイ
ッチング素子部（３）の出力電圧電流の歪みや、タイミ
ングのずれを補正でき、出力波形がより正弦波化するの
で、安定した運転ができる。また、上下短絡防止時間の
影響を少なくできるので、ＰＷＭ信号のキャリア周波数
を高くでき、高効率な正弦波近似ＰＷＭインバータ装置
が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の正弦波近似ＰＷＭイン
バータ装置は、直流電源から三相疑似交流を出力するス
イッチング素子部と、前記スイッチング素子部の各スイ
ッチング素子が短絡しないようにＰＷＭ信号に所定の上
下短絡防止時間を設定する上下短絡防止時間設定手段と
、前記三和交流の電流位相の反転タイミングを検出する
位相反転検出手段と、前記位相反転タイミングに応じて
、前記ＰＷＭ信号の時間幅及び上下短絡防止時間を変更
するＰＷＭ信号変更手段とを備えており、前記ＰＷＭ信
号に所定の上下短絡防止時間を設定する際に、この上下
短絡防止時間を前記三相交流の電流位相の反転タイミン
グを検出し、この位相反転タイミングからスイッチング
素子が通電中であるか否かを判定し、通電中の場合には
、その素子のオンタイミングと逆相にあたる素子のオフ
タイミングを早めるように変更することにより、通電中
のスイッチング素子Ｑオンオフタイミングを的確に効率
よく制御することができるので、スイッチング素子部の
出力波形をより正弦波化することができ、安定した運転
ができるとともに、上下短絡防止時間の影響を少なくで
きるので、ＰＷＭ信号のキャリア周波数を高くでき、高
効率な正弦波近似ＰＷＭインバータ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である正弦波近似ＰＷＭイ
ンバータ装置を示す回路構成図、第２図は第１図の正弦
波近似ＰＷＭインバータ装置の相電流位相検出回路の動
作を示すタイミングチャート、第３図及び第４図はこの
発明の一実施例の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置のマ
イクロコンピュータによるＰＷＭ信号の生成動作例を示
すフローチャート、第５図はこの発明の一実施例の正弦
波近似ＰＷＭインバータ装置によるＰＷＭ信号の生成と
上下短絡防止時間の設定との関係を示すタイミングチャ
ート、第６図は従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置
を示す回路構成図、第７図は正弦波パルス幅変調波形の
生成理論を表す説明図、第８図は三相波形構成図、第９
図は従来の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置によるＰＷ
Ｍ信号の生成と上下短絡防止時間の設定との関係を示す
タイミングチャート、第１０図は従来の正弦波近似ＰＷ
Ｍインバータ装置のマイクロコンピュータによるＰＷＭ
信号の生成動作を示すフローチャート、第１１図は従来
の正弦波近似ＰＷＭインバータ装置のマイクロコンピュ
ータから出力されるＰＷＭ信号を示すタイミングチャー
トである。 図において、 １：電源　　　　　　２：コンバータ部３ニスイツチン
グ素子部 ３ｕ〜３ｚニスイツチング素子 ４：誘導電動機　　　５：マイクロコンピュータ６：上
下短絡防止回路 ７：相電流位相検出回路 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルス幅変調信号（ＰＷＭ）により駆動され、直流電源
   から三相疑似交流を出力するスイッチング素子部と、 前記スイッチング素子部の各相の対をなすスイッチング
   素子が同時に導通し短絡しないように前記パルス幅変調
   信号に所定の上下短絡防止時間を設定する上下短絡防止
   晴間設定手段と、 前記三相交流の電流位相の反転タイミングを検出する位
   相反転検出手段と、 前記位相反転タイミングに応じて、前記パルス幅変調信
   号の時間幅及び上下短絡防止時間を変更するＰＷＭ信号
   変更手段と を具備することを特徴とする正弦波近似ＰＷＭインバー
   タ装置。