JPH04112680A - インバータ制御装置 - 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、電力用半導体素子のスイッチング動作によ
り直流電力を交流電力に変換するインバータの制御装置
、ことに電力用半導体素子を可変速スイッチングするこ
とにより、交流回路に配された誘導電気機器に生ずる電
磁騒音を制御する回路を有する制御装置の構成に関する
。

（従来の技術〕 装置の内部に絶縁変圧器を有する直流電源装置（ＤＣ／
ＤＣＣ／式−タ、直流溶接機等）では、変圧器の小型化
を目的として数ＫＨ２以上の高周波矩形波インバータが
用いられている。また、無停電電源装置や交流可変速駆
動装置においては、出力電流の歪みを低減するために、
数ＫＨｚの三角波あるいは鋸歯状波を搬送波とするＰＷ
Ｍ制御が行われている。これらはいずれもインバータを
構成する電力用半導体素子（例えばトランジスタ。

ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）を高速スイッチングするこ
とにより実現されるものであり、各素子の駆動パルスは
一般に、発振回路に発生した搬送波（三角波あるいは鋸
歯状波）と、出力指令値を示す制御Ｉｌ信号とを、コン
パレータによって比較することにより形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなインバータの出力側には、変圧器や電動機な
どの誘導電機器が接続されるのが一般的であり、高速ス
イッチングによる電磁騒音が発生する。この電磁騒音は
、数ＫＨ２のスイ・ンチング周波数に対応して発生する
ものであり、人間の耳には非常に耳障りな金属音となる
。この騒音を低減する一方法として、負荷の特性に応し
てスイッチング周波数を適宜選択して切替えを行う方法
があるが、この場合負荷の機械的共振による騒音の低減
には有効であるものの、磁歪による電磁騒音に対する効
果は少ないという問題がある。

上記問題点を解決する方法として、スイッチング周波数
をこれより十分低い周期で連続的に変化さセで騒音の音
質を和らげる方法（周波数変調方式）が考えられる。し
かしながら、発振器、調節器、およびコンパレータの組
合せからなる従来の制？１装置では、可変周波数の搬送
波を発生する発振器の構成が複雑化するうえ、制御回路
全体も複雑になるという問題があり、その対策が求めら
れている。

この発明の目的は、制御回路を複雑化することなく、か
つ簡単な調整、操作によりスイッチング周波数を連続的
に変化し、電気機器の金属的な電磁騒音を和らげること
にある。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明によれば、ブリッジ
接続した電力用半導体素子をスイッチングすることによ
り直流電力を交流電力に変換して出力するインバータに
おいて、可変クロック発生回路と、その出力クロックパ
ルスの計数回路とからなり、前記電力用半導体素子のス
イッチング周波数を連続的に変化させる電磁騒音の制御
手段を備えてなるものとする。また、可変クロック発生
回路が、可変電圧源と、その出力電圧をサンプルホール
ド回路を介して受け、クロック信号に変換して出力する
電圧周波数変換器との組合せからなり、さらには可変電
圧源が、低周波変調された直流電圧を出力する電圧制御
発振器であるか、あるいはサンプルホールド回路に切り
換え可能に接続された電圧制御発振器および直流可変電
圧源の組合せからなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成によれば、周波数変調方式の電磁騒音制
御手段を、可変クロック発生回路および計数回路（Ｎ進
カウンタ）とからなるディジタル式の電磁騒音制御回路
としたことにより、振幅が一定で周期のみが連続的に変
化する鋸歯状波に相応するスイッチング制御データを容
易に得ることができる。したがって、得られたスイッチ
ング制御データを搬送波に相応するディジタル信号とし
て従来公知の比較器で出力指令値を示す制御信号と比較
することにより、周波数が連続的に変化する電力用半導
体素子の駆動パルスを得ることができ、インバータの出
力側に配された誘導電気機器の電磁騒音の周波数が周期
的に変化することにより、耳障りな金属音を和らげるこ
とができる。

また、可変クロック発生回路を可変電圧源、サンプルホ
ールド回路、および電圧周波数変換器で構成すれば、可
変電圧源としての電圧制御発振器の低周波変調された出
力電圧を調整することにより、スイッチング周期毎に変
化する可変クロックが容易に得られる。また、Ｎ進計数
回路の進数Ｎは、インバータの１周期に相当する一定の
パルス数であり、計数回路の現在値はその時点の電気角
に比例するので、インバータの電気角に影響を与えるこ
となくスイッチング周波数を連続的に変化し、電磁騒音
を和らげることができる。さらに、電圧制御発振器と直
流可変電圧源を切り換え可能にサンプルホールド回路に
接続すれば、スイッチング周波数の連続的な変化と、任
意のスイッチング周波数の一定制御とを選択して耳障り
な電磁騒音を和らげることができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例になるインバータ制御回路を
主回路とともに示す概略構成図である。

図において、１は商用交流電源、２は入力整流器、３は
平滑コンデンサ、４は電力用半導体素子をブリッジ接続
してなる電圧形の方形波トランジスタインバータ、５は
出力変圧器、６は出力整流器であり、制御袋Ｍ１０が発
する駆動パルスＩＯＣにより各トランジスタＴＩ、Ｔ２
．Ｔ３．Ｔ４゜（あるいはＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、等
であってよい）がスイッチング動作することにより、方
形波交流電圧が変圧器５に印加され、その二次側に配さ
れた整流器６で整流された直流電力を外部負荷７に供給
する。　制御装置１０は、インバータ出力の設定値およ
び検出値を受けたｍｖ器Ｂが発する目標値の制御信号８
Ｓと、電磁騒音制御手段１１が発する周期が連続的に変
化する例えば鋸歯状波などの搬送波に相応する信号１１
Ｓを、判別回路９で比較することにより駆動パルスＩＯ
Ｃを発生するよう構成される。

第２図は上述の装置における動作説明図であり、電磁騒
音制御手段１１が発する実際にはディジタル信号を鋸歯
状波ＩＩｓで、調節器８が発する実際にはディジタル制
御信号を直流制御信号８Ｓで置き換えて示す原理的説明
図である０図において、信号１１Ｓの周期Ｔａ、Ｔｂ等
が連続的に変化することにより、調節器８の出力信号８
Ｓとの切り合いによって判別回路９が発する駆動パルス
１０Ｇは、周期ＴａとＴｂとでそのオン・オフ周波数が
変化する。したがって、各電力用半導体素子のスイッチ
ング周波数も、これに伴って変化し、例えば、トランジ
スタＴＩ、Ｔ４が共にオンしている期間、変圧器に印加
される正の方形波電圧の時間幅はスイッチング周期Ｔａ
で広＜、Ｔｂ？’狭くなる。また、トランジスタＴ２．
Ｔ３が共にオンする期間質となる方形波電圧についても
同様であり、変圧器５に印加される方形゛波電圧の周波
数が上述のように連続的に変化することにより、金属的
で耳障りな電磁騒音の音質を和らげることができる。

第３図は第１図における制御装置の構成の一例を具体化
して示すブロック図である１図において、電磁騒音制御
手段１１は可変クロック発生回路１６と、可変クロック
の計数回路（Ｎ進カウンタ）１５とで構成され、かつ可
変クロック発生回路１６は電圧制御発振器１２．サンプ
ルホールド回路１３、および電圧周波数変換器１４で構
成される。

また、調節器８の出力はＡ／Ｄ変換器１８でディジタル
信号に変換され、ディジタル判別回路２゜で電磁騒音制
御手段１１の出力信号１５Ｓと比較され、駆動パルス２
０Ｇを出力する。

第４図はこの発明の異なる実施例を示す電磁騒音制御手
段のブロック図であり、可変電圧源として電圧制御発振
器１２と直流可変電圧源２２とを切り換えスイッチ２３
を介してサンプルホールド回路１３の入力側に接続した
点が前述の実施例と異なっている。

第５図は第３図、および第４図で切り換えスイッチを電
圧制御発振器側に投入した場合の制御状態を示すタイム
チャートであり、インバータの電力用半導体素子（トラ
ンジスタ）ｌアームについてその制御状態を示しである
。図において、電圧制御発振器の出力電圧１２Ｓは例え
ば商用周波数程度の低周波で周波数変調された直流電圧
１２Ｓを出力し、その瞬時値はサンプルホールド回路１
３によって電圧レベルに逆比例してサンプリング周期Ｔ
ａ、Ｔｂ、Ｔｃなどが逐次短くなる階段波１３３に変換
される。電圧周波数変換器１４は階段波１３Ｓの電圧値
をこれに比例した周波数の可変クロックパルス１４Ｓに
変換するが、その際各サンプリング周期に含まれるクロ
ックパルス数は互いに等しくなるよう計数回路１５から
のフィードバック信号によって制御される。したがって
、電圧周波数変換器からは電圧制御発振器の出力電圧１
２Ｓに比例してパルス幅が変化する可変クロシフ１４Ｓ
が出力され、Ｎ進カウンタ１５でクロックパルス数がサ
ンプリング周期毎に計数される。

Ｎ進カウンタ１５のカウント［１５５はディジタル判別
回路２０７制御目標値の制御信号１８Ｓと比較されるこ
とになる。この時各サンプリング周期内のクロックパル
ス数が一定に保持されているので、カウンタ１５のカウ
ント［１５３は図に鋸歯状波で模式化して示すように、
鋸歯状波の瞬時値すなわち電気角に比例する。したがっ
て、判別回路２０はカウント値１５３と制御信号１８３
とを比較し、サンプリング周期Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ等を１
サイクルとして周波数が連続的に変化する駆動パルス２
０Ｇを出力し、この駆動パルス２０Ｇによってインバー
タ４の各電力用半導体素子がサンプリング周期に同期し
てスイッチング動作するので、出力変圧器５に印加され
るインバータの方形波出力電圧の周波数も連続的に変化
する。その結果、変圧器５の電磁騒音もその周波数が電
圧制御発振器の出力電圧の変化に対応して変化すること
になり、耳障りな金属音が虫の音のように震えを帯びた
音に和らげられる。

なお、第４図に示す装置において、切り換えスイッチを
直流可変電圧源２２に切り換えた場合、その出力電圧は
変調波を含まない直流電圧となるので、インバータの出
力周波数も一定になる。しかしながら、直流可変電圧源
の電圧を変化させることでインバータの出力周波数を任
意の値に容易に制御できるので、電磁騒音が耳障りとな
らな（、周波数を容易に選択することができ、電磁騒音
を緩和することができる。

なお、上述の各実施例において、スイッチング周波数の
制御は可変電圧源としての電圧制御発振器または直流可
変電圧源の出力調整のみによって行うことができ、他の
部分の調整を一切必要としない、また、Ｎ進計数回路の
進数Ｎは、インバータの１スイツチングに相当するパル
ス数であり、ｌスイッチング周期のクロックパルスの周
波数はサンプルホールド回路によって一定に保たれ、計
数回路のカウント値は各時点の電気角２例えば鋸歯状波
や三角波などの搬送波の瞬時値に正確に比例する。した
がって、スイッチング周波数の制ｊ′Ｂを駆動パルスの
電気角に影響を及ぼさずに行えるとともに、電磁騒音制
御手段に従来の搬送波発振器の機能を兼ねさせることが
できるので、装置の構成の簡素化が可能になり、かつマ
イコンなどを用いて回路を容易に形成できる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、駆動パルスを連続的に変化さ
せる信号を発する電磁騒音制御手段を、可変クロック発
生回路と計数回路とで構成した。

その結果、従来の搬送波発振器の機能を兼ねた電磁騒音
制御手段をマイコン等を用いて容易に得ることができる
ので、搬送波発振器の出力を可変周波数制御する従来方
法に比べて装置を簡素化できる利点が得られる。また、
可変クロック発生回路を、可変電圧源、サンプルホール
ド回路、および電圧周波数変換器で構成した場合、可変
電圧源の電圧調整のみで可変クロックが得られ、インバ
ータのスイッチング周波数の制御、言い換えれば電磁騒
音を和らげる操作が極めて容易な電磁騒音制御手段を備
えたインバータ制御装置を提供することができる。

ことに、低周波変調された直流電圧を出力する電圧制御
発振器を可変電圧源に用いた場合には、電圧制御発振器
の電圧調整のみでスイッチング周波数が連続的に変化す
る電磁騒音制御手段が得られ、従来問題となった耳障り
な電磁騒音を震えを帯びた虫のねに位た音に和らげるこ
とができる。

この場合、Ｎ進計数回路の進数Ｎがインバータのスイッ
チング周期に相当するパルス数であり、かつスイッチン
グ周期内のクロックパルスの周波数がサンプルホールド
回路によって一定に保持されることにより、計数回路の
計数値はスイッチング周波数制御には無関係にその時点
での電気角を表現するので、電磁騒音制御手段は従来の
搬送波発振器の機能を兼ね、搬送波発振器を可変周波数
化する従来方法に比べ、構成が簡素で、電気角制御に影
響を及ぼすことなくスイッチング周波数を自由に制御で
きるインバータ制御装置を提供することができる。

さらに、電圧制御発振器と切り換え可能に直流可変電圧
源を設けた場合には、その出力電圧の調整のみでスイッ
チング周波数を所望の値に制御して電磁騒音を和らげる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になるインバータ制御回路を
主回路とともに示す概略構成図、第２図は上述の装置に
おける動作説明図、第３図は第１図における制御装置の
構成の一例を具体化して示すブロック図、第４図はこの
発明の異なる実施例を示すブロック図、第５図は第３図
、および第４図で切り換えスイッチを電圧制御発振器側
に投入した場合の制御状態を説明するためのタイムチャ
ートである。 ２・・入力整流器、４・・トランジスタインバータ、５
・・出力変圧器、６・・出力整流器、８・・調節器、９
・・判別回路、１０・・制御装置、１１・・電磁騒音制
御手段、１２・・電圧制御発振器、１３・・サンプルホ
ールド回路、１４・・電圧周波数変換器、１６・・可変
クロック発生回路、１５・・計数回路、１８・・Ａ／Ｄ
変換器、２０・・ディジタル判別回路、２２・・直流可
変電圧源、Ｔ１．Ｔ２・・電力用半導体素子（トランジ
スタ）　、Ｔａ、Ｔｂ、　　・・スイッチング周期、・
可変クロックパルス。 ７１−シ 括３図 晴間（１）→ 第２圀 晃４目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ブリッジ接続した電力用半導体素子をスイッチング
   することにより直流電力を交流電力に変換して出力する
   インバータにおいて、可変クロック発生回路と、その出
   力クロックパルスの計数回路とからなり、前記電力用半
   導体素子のスイッチング周波数を連続的に変化させる電
   磁騒音の制御手段を備えてなることを特徴とするインバ
   ータ制御装置。 ２）可変クロック発生回路が、可変電圧源と、その出力
   電圧をサンプルホールド回路を介して受け、クロック信
   号に変換して出力する電圧周波数変換器との組合せから
   なることを特徴とする請求項１記載のインバータ制御装
   置。 ３）可変電圧源が、低周波変調された直流電圧を出力す
   る電圧制御発振器であることを特徴とする請求項２記載
   のインバータ制御装置。 ４）可変電圧源が、サンプルホールド回路に切り換え可
   能に接続された電圧制御発振器および直流可変電圧源の
   組合せからなることを特徴とする請求項２記載のインバ
   ータ制御装置。