JPH04125070A - インバータの制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＰＷＭ制御されるインバータに係り、特には
、同期モード及び非同期モードの一方から他方に切換え
るインバータの制御装置に関する。

（従来の技術） 負荷例えば誘導電動機に可変周波数の交流電力を供給す
るインバータとしては、出力電圧の基本成分である変調
波と三角波等の搬送波とを比較してパルス信号を得、こ
のパルス信号の幅に応じてインバータのスイッチング素
子をオン、オフ制御するＰＷＭ（パルス幅変調）制御方
式の電圧形のものが一般的であり、更に、このＰＷＭ制
御方式は同期式と非同期式とに大別される。

同期式のＰＷＭ制御によるインバータは、出力周波数と
搬送波周波数とが整数比となる運転モードが採用される
もので、出力の位相に対応して搬送波の位相が定まって
いるが、出力周波数が低くなると、パルス信号の間隔が
広くなり過ぎて、電流に脈動が生じ易い。

又、非同期式のＰＷＭ制御によるインバータは、出力周
波数が変化しても搬送波周波数を一定に保つ運転モード
が採用されるもので、出力の位相と搬送波の位相とは運
転状態により異なるようになり、このため、出力周波数
が高くなると、出力の位相と搬送波の位相との状態によ
って電流或いはトルクに脈動が生じ易い。

そこで、従来では、例えば特開昭６０−１７４０８８号
公報に開示されているように、出力周波数の低いところ
では非同期式ＰＷＭ制御とし、出力周波数の高いところ
では同期式ＰＷＭ制御とするように切換えるようにした
ものが考えられている。これを第５図に示す。

即ち、第５図において、インバータ１は、直流電源２か
らの直流電力をスイッチング素子たるトランジスタのオ
ン、オフにより交流電力に変換するもので、その交流電
力を負荷たる誘導電動機３に供給するようになっている
。信号発生回路４は、出力波形基準生成回路５からの出
力波形基準Ｖ本と搬送波発生回路６からの出力ｉＳとを
比較してパルス信号を発生するもので、このパルス信号
をＰＷＭ指令として前記インバータ１のトランジスタの
ベースに与えるようになっている。前記出力波形基準生
成回路５は、出力電圧の基準値Ａ寡と位相制御回路７か
らの周波数基準θとから出力波形基準Ｖ窯を演算するも
のである。又、位相制御回路７は、周波数基準ｆ末から
出力電圧の周波数基準θ及び同期モード搬送波周波数ｆ
ｃｓを出力するもので、その同期モード搬送波周波数ｆ
ｃｓは切換回路８に与えられるようになっている。そし
て、切換回路８は、周波数基準ｆ寡と切換周波数ｆｃｈ
ｇとを比較する比較回路９からの出力信号に応じて、同
期モード搬送波周波数ｆｃｓ及び非同期モード指令搬送
波周波数ｆ　ｃａ”の一方を選択して搬送波発生回路６
に出力するようになっている。

而して、上記構成において、非同期モードから同期モー
ドに切換えるに際して、第６図に示すように、切換周波
数ｆ　ｃｈｇにおいて、非同期モードの指令搬送波周波
数ｆ　ｃａ”と同周波数から同期モードを実行させる場
合と、第７図に示すように、切換周波数ｆ　ｃｈｇにお
いて、非同期モードの搬送波周波数ｆｃａ富からこれよ
りも低い周波数にジャンプさせて同期モードを実行させ
る場合とがある。

（発明が解決しようとする課題） 従来において、第６図に示すように切換える場合には、
モード切換え付近で非同期モード実行時の搬送波周波数
が同期モードの搬送波周波数に近くなることから、その
モード切換え付近で出力電圧に低次のゆらぎを生ずる問
題があり、又、第７図に示すように切換える場合には、
モード切換え時に搬送波周波数がジャンプすると、過電
圧が発生したり或いは負荷振動が生じたりする問題があ
る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、同期モード及び非同期モードの一方から他方への切換
え時に、出力電圧に低次のゆらぎが生ずることを極力防
止し得るとともに、過電圧或いは負荷振動の発生を防止
し得るインバータの制御装置を提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明のインバータの制御装置は、変調波と搬送波との
比較に応じてＰＷＭ制御が行なわれるインバータにおい
て、同期モード及び非同期モードの一方から他方への切
換えに際して非同期モードの状態で搬送波周波数を一方
のモードの搬送波周波数から他方のモードの搬送波周波
数に向かって変化させる制御手段を設ける構成に特徴を
有する。

（作用） 本発明のインバータの制御装置によれば、同期モード及
び非同期モードの一方からの他方への切換えに際して、
非同期モードの状態で搬送波周波数が一方のモードの搬
送波周波数から他方のモードの搬送波周波数まで連続的
に変化させるようになるので、一方のモード実行時の搬
送波周波数がモード切換え付近で急に他方のモードの搬
送波周波数に近くなることはなく、又、一方のモードの
搬送波周波数から他方のモードの搬送波周波数に急にジ
ャンプすることもない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき第１図乃至第３図を参照
しながら説明する。

先ず、第１図に従って全体の電気的構成につき述べる。

１１は直流電源であり、その正、負両端子は直流母線１
２．１３に接続されており、直流母線１２．１３間には
直流フィルタコンデンサ１４が接続されている。１５は
電圧形のインバータであり、これは例えば６個のスイッ
チング素子たるトランジスタを三相ブリッジ接続して構
成され、その直流入力端子は直流母線１２．１３に接続
され、交流出力端子は負荷たる三相誘導電動機１６に接
続されている。１７は位相制御回路であり、その入力端
子には周波数基準ｆ茎が与えられるようになっている。

この位相制御回路１７は、周波数基準ｆ寡から出力電圧
の周波数基準θ及び同期モード搬送波周波数ｆｅｓを出
力するもので、周波数基準θを出力する出力端子は出力
波形基準生成回路１８の入力端子に接続され、同期モー
ド搬送波周波数ｆｃｓを出力する出力端子は切換回路１
つの「１」個入力端子及び制御手段たるマイクロコンピ
ュータ２０の入力ポートに接続されている。

この場合、切換回路１９は、説明の便宜上、切換スイッ
チで示されており、その「０」個入力端子及び制御入力
端子はマイクロコンピュータ２０の各出力ポートに接続
され、出力端子は搬送波発生回路２１の入力端子に接続
されている。そして、切換回路１９は、制御入力端子に
論理信号「１」が入力されると「１」側接点をオンし、
論理信号「０」が入力されると「０」側接点がオンする
ように切換わる。前記マイクロコンピュータ２０は、各
入力ポートに周波数基準ｆＸ、非同期モード指令搬送波
周波数ｆ　ｃａ”及び切換周波数ｆ　ｃｈｇが与えられ
るようになっていて、後述するように動作する。更に、
前記出力波形基準生成回路１８は、入力端子に与えられ
る周波数基準θともう一方の入力端子に与えれる基準値
Ａ寡とから出力電圧の出力波形基準（変調波）ｖｘを出
力するもので、その出力端子は信号発生回路２２の一方
の入力端子に接続されている。又、前記搬送波発生回路
２１は切換回路１９から与えられる搬送波周波数を有す
る例えば三角波の搬送波を出力ΩＳとして出力するもの
で、その出力端子は信号発生回路２２の他方の入力端子
に接続されている。信号発生回路２２は、出力波形基準
Ｖ寡と出力ｉｓとを比較してパルス信号を出力するもの
で、その出力端子はインバータ１５のトランジスタのベ
ースに接続されている。そして、インバータ１５におい
ては、トランジスタがベースにパルス信号がＰＷＭ指令
として与えられることによりオン、オフ制御され、以て
、ＰＷＭ制御により三相交流電力を出力して三相誘導電
動機１６に与えるものである。

次に、本実施例の作用につき第２図のフローチャート及
び第３図のモード切換特性図をも参照して説明するに、
第２図のフローチャートは、マイクロコンピュータ２０
においてモード切換に際して繰返し呼出されて実行され
るサブルーチン「ｆｃｃＯＮＪ（搬送波周波数切換え）
として示されており、そして、このフローチャートにお
いては、説明の便宜上、パラメータの人、出力ステップ
は省略している。

先ず、同期モードから非同期モードに切換える場合につ
き述べる。マイクロコンピュータ２ｏは、同期モードで
運転している場合には、切換信号ＰＳａを論理信号「１
」とするようになっている。従って、切換回路１９は、
「１」側接点をオンしており、位相制御回路１７からの
同期モード搬送波周波数ｆｃｓをその「１」側接点を介
して搬送波発生回路２１に与えている。この場合、同期
モード搬送波周波数ｆｃｓは、第３図に示すように、出
力周波数（周波数基準ｆ京）の変化に対してこれと比例
するように変化するものである。而して、マイクロコン
ピュータ２０は、ｒｆＱ　Ｃ０ＮＪのサブルーチンにな
ると、ｒｆ　”　＜　ｆ　ｃｈｇ　ＪのステップＳ１と
なり、周波数基準ｆ寡が切換周波数ｆｃｈｇより小か否
かを判断し、ここではｒＹＥｓＪと判断して次のｒ　Ｐ
　ｓａ＝　Ｉ　Ｊの判断ステップｓ２になる。マイクロ
コンピュータ２ｏは、この時には切換信号ＰＳａが論理
信号「１」になっていることから、この判断ステップＳ
２ではｒＹＥＳＪと判断してｒｆｃａ−ｆｃｓＪの処理
ステップＳ、となり、出力ポートから出力する非同期モ
ード搬送波周波数ｆｃａをその時の同期モード搬送波周
波数ｆｃｓと一致させる。そして、マイクロコンピュー
タ２゜は、次の「Ｐｓａ”ＯＪの出力ステップｓ４とな
り、出力ポートからの切換信号Ｐｓａを論理信号ｒＯＪ
とし、メインルーチンに戻る（ＲＥＴ）。切換信号Ｐｓ
ａが論理信号「０」になると、切換回路１９は「０」側
接点をオンするようになり、マイクロコンピュータ２０
からの非同期モード搬送波周波数ｆｃａがその「０」側
接点を介して搬送波発生回路２１に与えられるようにな
り、以て、非同期モードに切換わる。その後において、
マイクロコンピュータ２０は、再びｒｆｃ　Ｃ０ＮＪの
サブルーチンが呼出されると、判断ステップＳｌでｒＹ
ＥＳ」と判断して「Ｐｓａ−ＩＪの判断ステップＳ２と
なるが、この時には前述の処理ステップＳ４で切換信号
Ｐｓａが論理信号「０」に切換えられていることから、
この判断ステップＳ２では「ＮＯ」と判断してｒｆｃａ
：ｆｃａ”Ｊの判断ステップＳ。

となる。マイクロコンピュータ２０は、この判断ステッ
プＳ５では、非同期モード搬送波周波数ｆｃａと非同期
モード指令搬送波周波数ｆ　ｃａ”との関係が、ｆ　ｃ
ａ＜　ｆ　ｃａ”　、　ｆ　ｃａ　−ｆ　ｃａ”及びｆ
ｃａ＞ｆｅａ”のいずれであるかを判断するものである
。そして、マイクロコンピュータ２０は、この判断ステ
ップＳ５において、ｆ　ｃａ＜　ｆ　ｃａ”と判断した
時には、ｒｆｃａ−ｆｃａ＋△ｆＣ」の処理ステップＳ
６となって、出力ポートから出力される非同期モード搬
送波周波数ｆｃａにわずかな周波数△ｆｃを加算するよ
うになり、逆に、ｆ　ｃａ＞　ｆ　ｃａ京と判断した時
には、ｒｆｃａ−ｆｃａ−△ｆｃＪの処理ステップＳ７
となって、出力ポートから出力される非同期モード搬送
波周波数ｆｅａに周波数Δｆｃを減算するようになり、
メインルーチンに戻る。以下、同様にして、マイクロコ
ンピュータ２０は、「ｆｃ　Ｃ０ＮＪのサブルーチンに
なる毎に、処理ステップＳ６若しくはＳ７で非同期モー
ド搬送波周波数ｆｃａに周波数△ｆｃを加算若しくは減
算するようになり、以て、非同期モード搬送波周波数ｆ
ｃａを非同期モード指令搬送波周波数ｆｃａ本に徐々に
近付くように即ち周波数△ｆｃ分ずつ段階的に近付くよ
うに変化させる。尚、本実施例においては、第３図に示
すように、モード切換え時における同期モード搬送波周
波数ｆｃａは非同期モード指令搬送波周波数ｆｃａ意よ
りも低く設定されているので、実際にはｒｆｃａ４−ｆ
ｃａ＋ΔｆｃＪの処理ステップＳ６が実行されて、非同
期モード搬送波周波数ｆＣａは非同期モード指令搬送波
周波数ｆ　ｃａ”に向って周波数△ｆｃ分ずつ段階的に
上昇変化することになる。このようにして、非同期モー
ド搬送波周波数ｆｃａが非同期モード指令搬送波周波数
ｆ　ｃａ”と等しく　　（ｆｃａ−ｆｃａ”　）なった
時には、マイクロコンピュータ２０は、処理ステップＳ
６若しくはＳ７は行なわずに、判断ステップＳ、から直
ちにメインルーチンに戻るようになる。従って、その後
においては、マイクロコンピュータ２０からの非同期モ
ード搬送波周波数ｆｅａ（＝ｆｃａ”）が搬送波発生回
路２１に与えられるようになる。

さて、非同期モードから同期モードに切換える場合につ
き述べる。マイクロコンピュータ２０は、非同期モード
で運転している場合には、前述したように切換信号Ｐｓ
ａを論理信号「０」とするようになっている。従って、
切換回路１９は、「０」側接点をオンしており、マイク
ロコンピュータ２０からの非同期モード搬送波周波数ｆ
　ｃａ　（−ｆ　ｃａ軍）をその「０」側接点を介して
搬送波発生回路２１に与えている。この場合、非同期モ
ード搬送波周波数ｆｃａは、第３図に示すように、出力
周波数（周波数基準ｆ本）の変化とは関係なく一定とな
るものである。而して、マイクロコンピュータ２０は、
ｒｆＱ　Ｃ０ＮＪのサブルーチンになるとｒｆ”＜ｆｃ
ｈｇＪのステップＳ、となり、ここではｒＮＯＪ　　（
ｆ本≧ｆｃｈｇ）と判断して次の「ｆＸ≧ｆｃｈｇ　＋
　ｆｈｙｓ　Ｊの判断ステップＳ８となる。

非同期モードから同期モードに切換える場合には、゛周
波数基準ｆ寡のわずかな変化に対しても安定して切換え
られるように所定の周波数ｆ　ｈｙｓ分のヒステリシス
をもたせるようになっており、従って、マイクロコンピ
ュータ２０は、この判断ステップＳ８においては、周波
数基準ｆ本が切換周波数ｆｃｈｇよりもヒステリシス分
たる周波数ｆ　ｈｙｓ分だけ上昇したか否かを判断する
もので、例えば「ＹＥＳＪと判断した時にはｒ　Ｐ　ｓ
ａ−Ｉ　Ｊの判断ステップＳ９になる。マイクロコンピ
ュータ２０は、この時には切換信号Ｐｓａが論理信号「
０」になっていることから、この判断ステップＳ９では
「ＮＯ」と判断してｒｆｃａ：ｆｃｓＪの判断ステップ
Ｓ、０となる。マイクロコンピュータ２０は、この判断
ステップ５１０では、非同期モード搬送波周波数ｆｃａ
と同期モード搬送波周波数ｆｃｓとの関係が、ｆ　ｃａ
＜　ｆ　ｃｓ、　　ｆ　ｃａ　−ｆ　ｃｓ及びｆ　ｃａ
＞　ｆ　ｃｓのいずれであるかを判断するものである。

そして、マイクロコンピュータ２０は、この判断ステッ
プ５１０におイテ、ｆ　ｃａ＜　ｆ　ｃｓと判断した時
には、ｒｆｃａ−ｆｃａ＋△ｆｃＪの処理ステップＳｌ
＋となって、出力ポートから出力される非同期モード搬
送波周波数ｆｃａにわずかな周波数△ｆｃを加算するよ
うになり、逆に、ｆ　ｃａ＞　ｆ　ｃｓと判断した時に
は、「ｆｃａ−ｆｃａ−△ｆｃＪの処理ステップＳ１□
となって、出力ポートから出力される非同期モード搬送
波周波数ｆｃａに周波数△ｆｃを減算するようになり、
メインルーチンに戻る。以下、同様にして、マイクロコ
ンピュータ２０は、ｒｆｃ　Ｃ０ＮＪのサブルーチンに
なる毎に、処理ステップＳｌ！若しくはＳ１□で非同期
モード搬送波周波数ｆｃａに周波数△ｆｃを加算若しく
は減算するようになり、以て、非同期モード搬送波周波
数ｆｃａを同期モード搬送波周波数ｆｃｓに徐々に近付
くように即ち周波数△ｆｃ分ずつ段階的に近付くように
変化させる。尚、本実施例においては、第３図に示すよ
うに、モード切換え時における非同期モード搬送波周波
数ｆＣａは同期モード搬送波周波数ｆｃｓよりも高く設
定されているので、実際にはｒ　ｆ　ｃａ　−ｆ　ｃａ
　−△ｆ　ｃ　Ｊの処理ステップＳＩ２が実行されて、
非同期モード搬送波周波数ｆｃａは同期モード搬送波周
波数ｆｃｓに向って周波数△ｆｃ分ずつ段階的に下降変
化することになる。このようにして、非同期モード搬送
波周波数ｆｃａが同期モード搬送波周波数ｆｃｓと等し
く　（ｆ　ｃａ　−ｆ　ｃｓ）なった時には、マイクロ
コンピュータ２０は、「Ｐｓａ−１」の出力ステップＳ
１３となって、出力ポートから出力される切換信号Ｐｓ
ａを論理信号「１」とし、メインルーチンに戻るように
なる。そして、このように切換信号ＰＳａが論理信号「
１」になると、切換回路１９は「１」側接点をオンする
ように切換わるようになっており、従って、今度は位相
制御回路１７からの同期モード搬送波周波数ｆｃｓが「
１」側接点を介して搬送波発生回路２１に与えられるよ
うになり、以て、同期モードに切換えられることになる
。

尚、マイクロコンピュータ２０は、判断ステップＳ８で
ｒＮＯＪと判断した場合、即ち、周波数基準１京がｆｃ
ｈｇ≦ｆ寡≦ｆ　ｃｈｇ　＋ｆ　ｈｙｓの場合には、次
の「Ｐｓａ−ＩＪの判断ステップＡ１４に移行し、ここ
で、ｒＹＥｓＪ　　（同期モードである）と判断した時
には、メインルーチンに戻り、「ＮＯ」　（非同期モー
ドである）と判断した時には、判断ステップＳ、を経て
メインルーチンに戻るようになる。又、マイクロコンピ
ュータ２ｏは、ｊ　Ｐ　ｓａ＝　Ｉ　Ｊの判断ステップ
Ｓ、でｒＹＥｓＪ（同期モードである）と判断した時に
はメインルーチンに戻るようになる。即ち、周波数基準
１束がｆｃｈｇ≦ｆ束≦ｆ　ｃｈｇ　＋　ｆ　ｈｙｓの
場合において、マイクロコンピュータ２０は、同期モー
ドの時にはｆ”＜ｆｃｈｇになるまで待機し、非同期モ
ードの時にはｆ”　＞ｆｃｈｇ　＋ｆｈｙｓになるまで
待機するようになるのである。

このように、本実施例においては、インバータ１５に対
して、出力周波数（周波数基準ｆ”）が低いところでは
非同期モードで運転させ、出力周波数の高いところでは
同期モードで運転させるようにし、そして、非同期モー
ド及び同期モードの切換え時の搬送波周波数を非同期モ
ードの方が同期モードの方よりも高い値とし、先ず、同
期モードから非同期モードに切換えるに際しては、非同
期モードに切換えた上で、その時の同期モード搬送波周
波数ｆｃｓを非同時モード搬送波周波数ｆｃａとして、
この非同期モード搬送波周波数ｆｃａをわずかな周波数
△ｆｃ分ずつ段階的に増加させて非同期モード指令搬送
波周波数ｆ　ｃａ”に近付けるようにし、又、非同期モ
ードから同期モードに切換えるに際しては、非同期モー
ドの状態のままで、非同期モード搬送波周波数ｆｃａ（
−ｆｃａ”）を周波数Δｆｃ分ずつ段階的に減少させて
同期モード搬送波周波数ｆｃｓに近付けるようにし、し
がる後、同期モードに切換えるように構成したものであ
る。

従って、非同期モードから同期モードに切換えるに際し
て、その切換え付近において非同期モード搬送波周波数
ｆｃａ（−ｆｃａ”）が急に同期モード搬送波周波数ｆ
ｃｓに近くなるようなことはなく、切換え付近の出力電
圧に低次のゆらぎが生ずることを極力防止することがで
き、又、切換え時に非同期モード搬送波周波数ｆｃａ（
−ｆｃａ”）が同期モード搬送波周波数ｆｃｓに急激に
ジャンプすることはなくて、過電圧が生じたり或いは負
荷たる三相誘導電動機１６に振動を発生したりすること
を防止できる。このことは、同期モードから非同期モー
ドに切換える場合も同様である。更に、非同期モードか
ら同期モードに切換える場合には、周波数ｆ　ｈｙｓ分
だけヒステリシスをもたせるようにしたので、周波数基
準ｆ本の微小な変化に対して影響されることがなくて、
安定した切換えを行なうことができる。

尚、上記実施例では、同期モード及び非同期モードの一
方から他方への切換え時において搬送波周波数を周波数
△ｆｃ分ずつ段階的に増加若しくは減少させる場合に、
出力周波数（周波数基準ｆ軍）を切換周波数ｆ　ｃｈｇ
若しくはｆ　ｃｈｇ　＋ｆ　ｈｙｓに固定するようにし
たが、代りに、例えば第４図に示す本発明の他の実施例
のように、搬送波周波数を周波数Ａｆｃ分ずつ段階的に
増加若しくは減少させる場合に、出力周波数も変化させ
るようにしてもよい。

又、上記実施例では、インバータ１に対して、出力周波
数が低いところでは非同期モードで運転させ、出力周波
数の高いところでは同期モードで運転させるようにした
が、これは逆にしてもよい。

更に、上記実施例では、同期モード及び非同期モードの
一方から他方への切換え時に搬送波周波数を段階的に変
化させるようしたが、例えばマイクロコンピュータ１５
に代えてハードウェアにて制御手段を構成することによ
り連続的に変化させることも可能であり、要は、搬送波
周波数を一方のモードの搬送波周波数から他方のモード
の搬送周波数に向けて徐々に変化させるようにすればよ
いものである。

［発明の効果］ 本発明のインバータの制御装置によれば、インバータを
同期モード及び非同期モードの一方から他方に切換える
に際して、非同期モードの状態にして、搬送波周波数を
一方のモードの搬送波周波数から他方のモードの搬送波
周波数に向けて変化させるようにしたので、切換えに際
して、出力電圧に低次のゆらぎが生ずることを極力防止
することができるとともに、過電圧が生じたり或いは負
荷振動が発生することを防止することができるという優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
電気的構成のブロック線図、第２図は作用説明用のフロ
ーチャート、第３図は作用説明用のモード切換特性図で
あり、第４図は本発明の他の実施例を示す第３図相当図
である。そして、第５図乃至第７図は従来例を示し、第
５図は第１図相当図、第６図及び第７図は夫々異なるパ
ターンの第３図相当図である。 図面中、１５はインバータ、１６は三相誘導電動機（負
荷）、１７は位相制御回路、１９は切換回路、 ２０はマイクロコンピュータ （制御手段） を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、変調波と搬送波との比較に応じてＰＷＭ制御が行な
   われるインバータにおいて、同期モード及び非同期モー
   ドの一方から他方への切換えに際して非同期モードの状
   態で搬送波周波数を一方のモードの搬送波周波数から他
   方のモードの搬送波周波数に向かって変化させる制御手
   段を設けるようにしたことを特徴とするインバータの制
   御装置。