JPH0398470A - Ｐｗｍインバータ制御方法および装置 - 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］ 本発明・は、ＰＷＭ　（パルス幅変調）インバータに係
り、特に、交流電動機の運転制御に際し，１・ルクリプ
ルの低減、低周波数領域における制御特性を良好とする
ためのＰＷＭインバータの制御方法および装置に関する
。

［従来の技術］ ＰＷＭインバータによる交流電動機の制御は、マイクロ
プロセッサ適用によるディジタル制御が広い用途に適用
されている。適用範囲が拡大されるに従って、低トルク
リプル、高精度の制御特性を有するインバータ装置が必
要となってきている。

一方、ＰＷＭインバータのパルス出力方法としては、特
開昭６１−１９９４７２号公報に示すように、マイクロ
コンピュータにより電圧指令信号に応じたＰＷＭパルス
幅の時間を演算し、マイコン内臓カウンタに前記パルス
幅の時間を設定することによりＰＷＭパルスを出力する
方法が知られている． 第７図に，従来の電圧形ＰＷＭインバータの一例を示す
。

第７図において、交流電動機１には、ＰＷＭインバータ
変換器部２より可変電圧可変周波数の交流電圧が供給さ
れる。該インバータ変換器部２には、パルス増幅部３を
介して，パルス幅を設定する制御部４よりＰＷＭパルス
信号が与えられるよう構成される。

該パルス幅設定部４は，マイクロプロセッサを有して構
成される。この制御部４は、クロツク発振器５よりの一
定周期の信号に同期して割込信号が入力され、ＰＷＭパ
ルス時間演算部７のプログラムが動作すると共に、内臓
のカウンタ６も動作゛する。

第７図にて構成されたＰＷＭインバータのＰＷＭパルス
発生方法を、第２図および第３図を用いて説明する。

第２図の三角波は、仮想のキャリア周波数（搬送波）を
示し，この仮想搬送波周期毎に割込信号が入力される。

この割込信号は，パルス幅設定演算の時間基準となる。

同図は、ｌ割込周期内におけるＰＷＭパルス信号の’Ｏ
Ｎ”ＯＦＦ’位置の時間関係を示したものである。

第３図は、従来方式のＰＷＭパルス時間を演算するフロ
ーチャートを示す． いま、割込信号が入力され、第３図のフローが動作する
と、ステップ３１にて、電圧指令Ｖｃが演算され，ステ
ップ３２．３３にて．ＰＷＭパルスの’ＯＦＦ’　タイ
ミングであるＴエと’ＯＮ″タイミングであるＴ２が演
算される。ステップ３２，３３の割算では、設定カウン
タ６の分解能に合わせた桁数にて演算されており、この
割算結果の余り分が桁落ちとして切り捨てられる．ステ
ップ３４にて、演算されたＴよ，Ｔ２がパルス出力カウ
ンタ６に設定される。

カウンタ６は、例えば、第２図の基準時刻ｔ。

より計数動作を開始し，設定された時間ＴＬ後には’Ｏ
ＦＦ”動作を、時間Ｔ２後には１０Ｎ′動作をする。

以上述べた従来方式のＰＷＭパルス発生方法において、
トルクリプルが問題となる電動機の運転周波数領域であ
る低周波数領域では、ＰＷＭ周期で考えれば，ほぼ直流
の電圧指令，すなわち一定値が入力される領域と考えて
よい。この場合，電圧指令に対するインバータ出力電圧
特性は、第５図に示すような階段状の特性となる。従っ
て、前述の如く電圧指令値に対して出力電圧は，設定カ
ウンタの分解能で決まる誤差を有することになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、従来技術では、出力電圧にカウンタ設
定値で決まる分解能（量子化誤差）を有することになり
、この量子化誤差で決まるパルス幅の設定誤差により、
出力電圧歪を完全に補償できない問題があった。

これに対して、上記分解能を向上させる方法として、カ
ウンタの分解能を向上させることが考えられる．例えば
、高速クロックによりカウンタの計数値を大きくする方
法がある。しかし、この場合、前述のマイコン内臓カウ
ンタは使用できず，別回路として、高速クロツクで動作
すると共に、桁数の大きいカウンタ回路を設ける必要が
あり、回路構成が複雑で高価となるという問題がある。

また、ＰＷＭインバータのキャリア周波数１送波周波数
）を１　０　ｋ　Ｈｚ等に高くしようとすると、カウン
タ回路には、ハードウエア上の限界がある、等の問題が
ある． 本発明は、上記問題点をなくシ，いたずらにカウンタの
桁数を大きくしたり、高速化することなく、電圧指令信
号に対して、高精度・高分解能の電圧を出力できるＰＷ
Ｍインバータ制御方法および装置を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算し
て設定し，この設定値に基づいてＰＷＭパルスを出力す
るＰＷＭインバータの制御方法において、ＰＷＭパルス
幅の設定のたびに生じるパルス幅演算値の設定切り捨て
分を、後のパルス幅演算値に含めて、ＰＷＭパルス幅を
設定することにより達成される． また、ＰＷＭパルス幅の設定のたびに生じるパルス幅演
算値の設定切り捨て分を累積加算し、該累積和によりパ
ルス幅演算値を補正して、ＰＷＭパルス幅を設定するこ
とによっても達威される．上記目的を達成するため、本
発明は、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算して設
定するパルス幅設定手段と、前記ＰＷＭパルス幅の設定
の際に生じるパルス幅演算値の設定切り捨て分を記憶保
持する手段と、該保持される設定切り捨て分を、後のパ
ルス幅演算値に含める補正演算を行う補正演算手段とを
備えて、ＰＷＭパルスを出力するＰＷＭインバータの制
御装置を提供する。

また、本発明は、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演
算して設定するパルス幅設定手段と、このＰＷＭパルス
幅の設定のたびに生じるパルス幅演算値の設定切り捨て
分を設定ごとに更新して記憶保持する手段と、該保持さ
れる設定切り捨て分を、次のパルス幅設定時に、パルス
幅演算値に含める補正演算を行う補正演算手段とを備え
て、ＰＷＭパルスを出力するＰＷＭインバータの制御装
置を提供する。

前記補正演算手段は、設定切り捨て分を電圧指令に加算
する機能を備えて構成することができる。

さらに、本発明は、前記制御装置を含んで構威され、交
流電動機に可変電圧可変周波数の交流を供給するＰＷＭ
インバータ装置を提償する。すなわち、本発明によれば
，目標値について電圧指令を演算する電圧指令演算部、
前記電圧指令およびキャリヤに基づいてＰＷＭパルス幅
を演算するＰＷＭパルス時間演算部、ならびに、この演
算結果を設定し、クロックパルスを設定値に達するまで
計数してＰＷＭパルス幅を設定するカウンタを有する制
御部と、設定されたパルス幅のＰＷＭパルスにより逆変
換を行うインバータ変換器部とを備え、かつ、前記制御
部は、前記電圧指令のうち、ＰＷＭパルス幅を演算する
際にカウンタに設定し切れずに切り捨てられる余゛り分
を記憶保持する記憶手段と、該記憶手段に記憶保持され
る余り分を、次の電圧指令に加算する補正演算部とを備
えて構或されるＰＷＭインバータ装置が提供される。

［作用］ 本発明の作用について、演算されたＰＷＭパルス幅演算
結果をカウンタに設定し、クロックパルスを設定値に達
するまで計数してＰＷＭパルス幅を設定する場合を例と
して、説明する。

本発明は、ＰＷＭパルス幅の設定のたびに生じる演算値
の設定切り捨て分，すなわち、カウンタ設定値の桁落ち
分を各々後の設定に含めて修正した値を設定する。この
ことは，ｎ回設定の平均出力電圧が電圧指令値に一致す
ることを意味し、結果的に、出力電圧の分解能を向上さ
せる。

本発明の作用について、具体的数値を例に用いて説明す
る。

いま，設定カウンタの分解能に対して、電圧指令演算精
度が１／１００良いとし，電圧指令値が’１．０１’　
を出力したとする．、この場合、本発明による出力電圧
は、第６図に示すように，ｌ回目から９９回目までは，
桁落ちにより′１′を出力し、１００回目には，桁落ち
分が修正され，′２′を出力する．従って、この間の平
均出力電圧は，’１．０１’　となり電圧指令値と一致
することになる。

ディジタルカウンタを用いたＰＷＭパルス出力の場合、
電圧指令値を精度良く演算しても，その出力電圧は、第
５図に示すような階段状の特性となる．いま、問題とな
る電動機の運転周波数領域は、Ｏ〜数比程度の低周波数
領域であり、この場合，ほぼ直流電圧が電圧指令として
与えられる。

その電圧指令が、第５図の階段状の中間点（ａ）点にき
た場合、同図ΔＶｘが、設定カウンタの分解能による出
力電圧誤差となる。

一方、第５図の階段状の出力電圧は、キャリア周波数の
周期毎の平均電圧を意味している。電動機に印加される
インバータ出力電圧としては、電動機周波数の１／数サ
イクル間の平均電圧として考えれば良く，その周波数は
，前述の如く数Ｈ７．どなる．キャリア周波数は，通常
数キロＩｌｚであり、充分離れており，本発明による平
均化出力方法によれば出力電圧の分解能を、設定カウン
タの分解能に対して、１／１００〜１　／　１　０　０
　０　８度には向上可能となる． ［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る． 第ＩＡ図に、本発明のＰＷＭインバータ制御装置の一実
施例を備えたＰＷＭインバータの一例の構成を示す。

第ＩＡ図に示すＰＷＭインバータは、制御部４、パルス
増幅部３およびインバータ変換器部２を備えて構威され
、交流電動機１に可変電圧、可変周波数の交流を供給す
る。

パルス・増幅器３およびインバータ変換器部２は、設定
されたパルス幅のＰＷＭパルスを増幅し、これにより逆
変換を行うもので、一般的に用いられ・るものであり，
また、本実施例の特徴には直接関係しないので、ここで
は、特に説明しない。

制御部４は，動作の基準となるクロックパルス、パルス
幅を設定する際の計時に用いられるクロックパルス等を
供給するクロック発振器５を、その外部（内部でもよい
）に備える． また、制御部４は，目標値について電圧指令Ｖｃを演算
する電圧指令演算部１０と、前記電圧指令およびキャリ
ヤに基づいてＰＷＭパルス幅を演算するＰＷＭパルス時
間演算部７と、この演算結果を設定し、クロックパルス
を設定値に達するまで計数してＰＷＭパルス幅を設定す
るカウンタ６と，前記電圧指令のうち，ＰＷＭパルス幅
を｝寅算する際にカウンタ６に設定し切れずに切り捨て
られる余り分を記憶保持する切り捨て分保持部８と、該
切り捨て分保持部８に記憶保持される余り分を、次の電
圧指令に加算する補正演算部９とを備えている． カウンタ６は、基準時刻から順次設定された値まで計時
するごとに、その出力が’ＯＮ″と、’ＯＦＦ’　とに
交互に変化して、基準時刻と設定値とにより定まる幅の
パルスを形成する。

ＰＷＭパルス時間演算部７および切り捨て分保持部８は
，例えば、第ＩＢ図に示すように構成される。

電圧指令Ｖｃを、キャリヤの傾きＫ０で除する除算部７
１と、その商を設定するレジスタ７２と、余りを設定す
るレジスタ７５と，前記商に、基準時刻ｔ０からキャリ
ヤの．波形が最初に０と交差するまでの時間Ｔ，、（Ｔ
，２）を加（減）算する加算部７３と、その和（差）を
記憶保持するメモリ７４とを備えて、ＰＷＭパルス時間
演算部７が構或され、また、前記レジスタ７５に設定さ
れる余りを記憶保持するメモリ８１を備えて切り捨て分
保持部８が構成される。

本実施例を構戒する制御部４は、ハードウェアとしては
、マイクロコンピュータにて構或することができる。す
なわち、図示していないが、電圧指令演算、補正演算、
ＰＷＭパルス時間演算等の各種演算を実行する中央処理
装置（ＣＰＵ）と、このＣＰＵに前記各種演算を実効さ
せるプログラムを格納するプログラムメモリと、演算結
果等を記憶保持するデータメモリとを備えて構威される
。

また、これに，内蔵または外付けで、カウンタ６および
クロック発振器５が設けられる．データメモリは、例え
ば、前記メモリ７４および８１として用いることができ
る。

次に，本発明の作用について、第４図のフローチャート
および第６図をも参照して説明する。

まず、目標値にたいして、電圧指令Ｖｃ”を演算する（
ステップ４１）。ここで、目標値は、交流電動機の実際
の翻動電流を考慮して設定することができる。ここでの
演算は、目標とする制度に合わせて行う。すなわち、後
段のカウンタ６の分解能より高い精度で演算する． 次に、補正演算を実行する（ステップ４２）．補正演算
は，後述する除算の余りをΔＶｒとすると，次式のよう
に行う。

Ｖｃ＋ΔＶｒ この余りΔＶｒは、後述するように、除算により生じ，
メモリ８１に格納される。従って、このメモリ８１から
ΔＶｒを読みだして、上記演算を実行する． この後、ステップ４３および４４において，パルスＯＦ
ＦタイミングＴ８とパルスＯＮタイミングＴつとを各々
次式に従って算出する。

ここで、Ｔ．２は、基準点Ｌ０からキャリヤの波形が２
回目にＯと交差する点までの時間である．前記の演算の
うち、除算は第１Ｂ図に示す除算部７１で、加（減）算
は加算部７３にて実行される。演算結果は，メモリ７４
の所定の領域に格納される。

前記除算は，後段のカウンタ６の分解能に合わせた商が
得られるように実行するので、前述したように、カウン
タ６の分解能より高精度の電圧指令については、除算に
より、余りΔＶｒが発生する。この余りΔＶｒは、カウ
ンタ６の分解能の関係上、設定のための演算値としては
切り捨てられる。しかし，本実施例では、これをレジス
タ７５を介してメモリ８１に格納する（ステップ４５）
。

なお、メモリ８１に格納される余りは、格納毎に？新さ
れる。

次に、演算され、メモリ７４に格納されている前記タイ
ミングＴ■およびＴ２を各々カウンタ６に格納する（ス
テップ４６）． カウンタ６は、前記ＴエおよびＴ２を設定後，次に基準
時刻ｔ０で割込信号により起動され、クロック発振器５
からのクロックを計数して、その計数値が設定された値
Ｔ１となるまで、’ＯＮ’を維持し，計数値が設定値Ｔ
２と一致したところで，出力の状態を’ＯＦＦ’　に変
化する。

これを各割込み毎に繰り返すことにより、設定されたパ
ルス幅のＰＷＭパルスが得られる。これをパルス増幅部
３で増幅して，インバータ変換器部２を制御して，交流
電動機１を酩動する。

なお、本実施例では、簡単のため１相分のみ示している
が、各相対応に設定値を設け各々対応するカウンタに設
定することにより、３相についても対応できることはい
うまでもない。

本実施例によれば、第４図のステップ４３および４４に
示すように、Ｔ１，Ｔ２の演算において、前回のカウン
タ６への設定の桁落ち分に相当する割算の余りΔＶｒを
加えて演算し、ステップ４５にて、今回設定の桁落ち、
分に相当する割算の余りを記憶しておく。この結果、上
記演算処理により、桁落ち分が累積加算され、ｎ回目に
は補正された信号として出力される．結果的に、出力電
圧は、ｎ回平均電圧として電圧指令値に一致することに
なる． 第６図は、本実施例による制御方法により、一定の直流
電圧指令を与えた場合のインバータ出力電圧波形を示し
たものである。

同図は、一例として、直流電圧指令値’１．０１’が与
えられたときの出力波形を示し，ｎ＝１〜９９回目まで
は、出力電圧１１′に対し、ｎ＝１００回目に桁落ち分
が補正され、出力電圧１２′を出力することを示してい
る。この場合、ｎ＝１００回の平均電圧は、Ｊ．０１’
となり、電圧指令値に一致する， 以上述べたように，本実施例によれば、簡単な演算プロ
グラムの追加により，出力電圧の分解能を等価的に向上
させ、高精度化を図ることができる。

以上に述べた実施例は，一例に過ぎず、本発明はこれに
限定されない。例えば、次のような態様が可能である。

上記実施例では、演算等をマイクロコンピュータのＣＰ
Ｕにて実行しているが、専用の論理回路によって演算さ
せる構或としてもよい。

また、上記実施例では、パルス幅の設定を行なう毎に生
じる余り分を，次回の設定の際、電圧指令に加算してい
るが、余り分のみ別途累積加算し、和が一定値に達した
ら，電圧指令に加算するようにしてもよい．この場合，
一定値でなく，一定回数に達することを条件としてもよ
い。

さらに、上記実施例では、切り捨てられた余り分を電圧
指令に加算しているが，Ｋｏで除したものを累積加算し
、一定値に達した時点で、Ｔ１（Ｔよ）に加（減）算す
る構或としてもよい。

また、上記実施例では、パルス幅の設定にカウンタを用
いているが、同等に機能するならば、他のものを用いて
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば，用いるカウンタ（
相当する他のものを含む）の分解能を超えて、電圧指令
に対して高精度・高分解能の電圧を出力することができ
、低速領域においてもトルクリプルが少なく、良好な制
御特性を実現できる．また、カウンタ等の桁数増加や高
速化を図ることなく、同等の性能を達成できる。従って
、高性能の製品を安価に構或することができると共に，
既存の装置についても、容易に高性能化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第ＩＡ図は本発明のＰＷＭインバータ制御装置の一実施
例を備えたＰＷＭインバータの一例の構成を示すブロッ
ク図、第ＩＢ図は前記実施例を構成するＰＷＭパルス時
間演算部および切り捨て分保持部の構成を示すブロック
図、第２図はＰＷＭパルスの発生を説明するためのグラ
フ、第３図は従来のパルス幅設定の演算を示すフローチ
ャート、第４図は本実施例のパルス幅設定の演算を示す
フローチャート、第５図は電圧指令に対する出力電圧特
性を示すグラフ、第６図は本発明による出力電圧の補正
の一例を示す説明図，第７図は従来のＰＷＭインバータ
制御装置の一例を示すブロック図である。 １・・・交流電動機、２・・・Ｐ　Ｗ　Ｍインバータ変
換器部、３・・・パルス増幅器，４・・・制御部、５・
・・クロツク発振器、６・・・カウンタ、７・・・ＰＷ
Ｍパルス時間演算部，８・・・切り捨て分保持部、９・
・・補正演算部、１０・・・電圧指令演算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算して設定し
   、この設定値に基づいてＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ
   インバータの制御方法において、ＰＷＭパルス幅の設定
   のたびに生じるパルス幅演算値の設定切り捨て分を、後
   のパルス幅演算値に含めて、ＰＷＭパルス幅を設定する
   ことを特徴とするＰＷＭインバータ制御方法。 ２、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算して設定し
   、この設定値に基づいてＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ
   インバータの制御方法において、ＰＷＭパルス幅の設定
   のたびに生じるパルス幅演算値の設定切り捨て分を累積
   加算し、該累積和によりパルス幅演算値を補正して、Ｐ
   ＷＭパルス幅を設定することを特徴とするＰＷＭインバ
   ータ制御方法。 ３、電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算して設定す
   るパルス幅設定手段を備え、この設定値に基づいてＰＷ
   Ｍパルスを出力するＰＷＭインバータの制御装置におい
   て、 前記ＰＷＭパルス幅の設定の際に生じるパルス幅演算値
   の設定切り捨て分を記憶保持する手段と、該保持される
   設定切り捨て分を、後のパルス幅演算値に含める補正演
   算を行う補正演算手段とを備えて構成されることを特徴
   とするＰＷＭインバータ制御装置。 ４、設定されたＰＷＭパルス幅に基づいてＰＷＭパルス
   を出力するＰＷＭインバータの制御装置において、 電圧指令に応じてＰＷＭパルス幅を演算して設定するパ
   ルス幅設定手段と、このＰＷＭパルス幅の設定のたびに
   生じるパルス幅演算値の設定切り捨て分を設定ごとに更
   新して記憶保持する手段と、該保持される設定切り捨て
   分を、次のパルス幅設定時に、パルス幅演算値に含める
   補正演算を行う補正演算手段とを備えて構成されること
   を特徴とするＰＷＭインバータ制御装置。 ５、前記補正演算手段は、設定切り捨て分を電圧指令に
   加算する機能を備えたものである、請求項３または４記
   載のインバータ制御装置。 ６、目標値について電圧指令を演算する電圧指令演算部
   、前記電圧指令およびキャリヤに基づいてＰＷＭパルス
   幅を演算するＰＷＭパルス時間演算部、ならびに、この
   演算結果を設定し、クロックパルスを設定値に達するま
   で計数してＰＷＭパルス幅を設定するカウンタを有する
   制御部と、設定されたパルス幅のＰＷＭパルスにより逆
   変換を行うインバータ変換器部とを備え、交流電動機に
   可変電圧可変周波数の交流を供給するＰＷＭインバータ
   装置において、 前記制御部は、前記電圧指令のうち、ＰＷＭパルス幅を
   演算する際にカウンタに設定し切れずに切り捨てられる
   余り分を記憶保持する記憶手段と、該記憶手段に記憶保
   持される余り分を、次の電圧指令に加算する補正演算部
   とを備えることを特徴とするＰＷＭインバータ装置。