JPH04236195A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変電圧可変周波数に
て交流電動機を駆動するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電動機をＰＷＭ（パルス幅変調）イ
ンバータで駆動する場合、ＰＷＭのキャリア周波数によ
る高周波スイッチングに従い生ずる高調波成分や、イン
バータのトランジスタがスイッチングされる際にアーム
の短絡を防止するために設けられたデッドタイムの影響
、インバータの出力電圧と出力周波数との比（Ｖ／Ｆ比
）等が要因となり、軽負荷時に、ある周波数帯領域にお
いて不安定現象を発生することがある。

【０００３】その問題を解決するための手段として、特
開昭６２−１００１９２号公報に記載されているように
、インバータの主回路直流母線に流れる電流（以下これ
を「直流電流」と称す。）を検出し、振動成分を抽出し
て補正値とし、インバータの出力周波数を補正するよう
な回路を構成する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記方法によ
れば、不安定現象が発生する周波数帯のみにおいて電動
機を駆動させた場合には、安定に制御することができる
という良好な効果が期待できるが、不安定現象が発生し
ない周波数領域において同様の方法により電動機を駆動
させた場合には、逆に安定に制御できなくなる現象が発
生する。これは、不安定現象が発生する周波数帯より高
い周波数領域においては、補正量が周波数に対し大きく
なるため、過補償になるからである。しかし、高周波数
領域において安定に制御できるように回路を構成した場
合、今度は不安定現象を発生する周波数帯において、補
償量が不足し、不安定現象を抑制することができなくな
ってしまう。すなわち前記方法は、可変電圧可変周波数
（ＶＶＶＦ）インバータで電動機を駆動する場合には、
全ての周波数領域において電動機を安定に制御すること
ができないため、適さない。そこで、本発明の目的は、
周波数全領域において電動機を安定に制御するインバー
タ制御装置を提供するにある。［発明の構成］

【０００
５】

【課題を解決するための手段】従って、上記目的を達成
するために、本発明に係るインバータ装置は、インバー
タの主回路の直流母線に流れる電流を検出する電流検出
手段と、前記検出手段で検出した電流における所望の周
波数帯成分を抽出する抽出手段と、駆動周波数指令値に
従いゲインを決定するゲイン決定手段と、前記抽出手段
により抽出した成分と前記ゲイン決定手段により決定し
たゲインとを乗算してして駆動周波数の補正値を生成す
る周波数補正値生成手段と、前記周波数補正値生成手段
により生成される補正値を駆動周波数から減ずることに
よりインバータの出力周波数を補正する周波数補正手段
とを具備する構成としたところに特徴を有するものであ
る。

【０００６】

【作用】以上の構成により、前記抽出手段により検出電
流の所望の周波数帯成分文振動成分）を抽出し、前記ゲ
イン決定手段により駆動周波数の指令値に応じて決定さ
れるゲインとを乗算することにより補正値を生成して、
周波数補正手段により生ずる高調波成分と、定常負荷成
分とが除去され、さらに全駆動周波数領域において補償
量が適切となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１に本発明が適用されるインバータ制御装置にお
ける構成を示す。図１において、１は三相交流電源、２
はコンバータ、３はコンデンサ、４はインバータ、５は
交流電動機、６は電流検出手段、７はローパスフィルタ
ー、８はハイパスフィルタ、９はＡ／Ｄ変換器、１０は
ゲイン決定手段、１１は周波数補正値生成手段、１２は
周波数補正手段、１３はＶ／Ｆ演算器、１４は積分器、
１５はＰＷＭ制御回路、１６はベース駆動回路である。

【０００８】図１において、コンデンサ３とインバータ
４との間に取り付けられた電流検出手段６により直流電
流を検出する、この電流検出手段は直流電流の瞬時値ｉ
ｄｃを検出するものであり、ホールＣＴあるいはシャン
ト抵抗等よりなる。検出された直流電流にローパスフィ
ルタ７及びハイパスフィルタ８処理を施すことにより特
定の周波数帯成分ｆｂを抽出する。ローパスフィルタの
高域カットオフ周波数はＰＷＭの高周波スイッチングに
より生じるリップルが充分取り除かれるように設定して
おき、ハイパスフィルターの低域カットオフ周波数は定
常的に加わるトルク成分を除去するように設定しておく
。

【０００９】ここで前記二つのフィルターにより抽出さ
れた周波数帯成分ｆｂをＡ／Ｄ変換器９によりデジタル
信号に変換し、これと駆動周波数指令値ｆ＊　に応じて
ゲイン決定手段１０で決定されるゲインとを周波数補正
値生成手段１１により乗算して、周波数の補正値Δｆを
生成する。ゲイン決定手段１０は、駆動周波数指令値ｆ
＊　に応じてゲインが定まるゲイン関数Ｇ（ｆ＊　）（
詳細は後述する。）を用い、その関数によって与えられ
る数値をあらかじめＲＯＭに記憶させておき、駆動周波
数指令値ｆ＊　に相応するゲインＧ（ｆ＊　）を呼び出
すことにより実現される。以上のように生成された周波
数の補正値Δｆを周波数補正手段１２により駆動周波数
指令値ｆ＊　から減ずる（ｆ−ｆ＊　）。すなわち、補
正値Δｆが正の場合（カ行状態）には周波数を減少させ
、補正値Δｆが負の場合（回生状態）には周波数を増加
させる。また、補正値生成手段１１及び周波数補正手段
１２は、マイコンソフトウエアにより実現できる。

【００１０】上述のように補正された周波数ｆｃ＝ｆ−
ｆ＊　を基準として、Ｖ／Ｆ演算器１３により出力電圧
基準Ｖ＊　が定まり、積分機１４によりｆｃが積分され
て電気角基準θ＊　が定まる。Ｖ／Ｆ演算器は、周波数
に相応する電圧が出力されるものであり、周波数が増大
するとそれに従い出力電圧も比例的に増大する。ただし
、低周波数領域においては、比例的に出力電圧が小さく
なるとトルクが十分に発生しないため、図２の実線で示
すように、かさ上げ分を付加する。このようにして定ま
った出力電圧基準Ｖ＊　と電気角基準θ＊　とに従い、
ＰＷＭ制御回路１５によりＰＷＭ指令進行が出力され、
ベース駆動回路１６によりインバータ４のトランジスタ
がスイッチングされて、交流電動機５を駆動する。

【００１１】次にゲイン関数について説明する。先に述
べたように、不安定現象が発生する周波数帯において安
定に制御できるように構成した場合は、不安定現象が発
生しない高周波数領域においても同様の補償動作を行な
うと、過補償状態になるため安定に制御することができ
なくなる。そこで運転周波数に従い補償動作が適切に行
われるように、なすわち不安定現象が発生する周波数帯
においては充分な補償を行ない、不安定現象が発生しな
い周波数領域においてはほとんど補償が行なわれないよ
うなゲイン関数を決めて補正値に乗算する事により補正
量が適切になる。従って本実施例においては次のように
してゲイン関数を基に、低周波数領域だけかさ上げした
関数（例えば先に示したＶ／Ｆハターン）を考える。こ
の関数を式（１）とする。 ｙ＝Ｆ（ｆ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（１）次に関数の変化率を大き
くするために式（１）の２乗関数を求める。これは式（
２）のように表せ、そのときのグラフは図３（ｂ）のよ
うになる。 ｙ＝Ｆ２　（ｆ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（２）さらに式（２）を式（３
）のように変形するこれは図３（ｃ）のようになり、こ
れを本実施例におけるゲイン関数とした。（式（４）） ｙ＝１／Ｆ２　（ｆ）　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（３）Ｇ（ｆ＊　）＝１／Ｆ２　（
ｆ）　　　　　　　　　　　　　　（４）

【００１２】
従って、式（４）のゲイン関数によれば、低周波数にお
いて定まるゲインは大きくなり、高周波数において定ま
るゲインは極小さくなり、その変化率は周波数の二乗に
反比例する。すなわちゲイン関数により決定されるゲイ
ンを周波数補正値に乗算することで得られる補正量は、
低周波数領域においては不安定現象が抑制されるのに十
分な程度に大きなものとなり、高周波数領域においては
不安定現象を抑制する必要がないため極小さなものとな
る。ここでシュミレーション結果を図４乃至図７に示す
。図中１７は相電流、１８は補正値（ゲイン関数を乗算
する前）、１９はトルクを表わしている。

【００１３】図４は本実施例における構成により駆動周
波数１５Ｈｚ、キャリア周波数１９５０Ｈｚ、デッドタ
イム２０μｓ、無負荷のシュミレーション結果である。 他方、図５は図４と同じ条件において、従来の周波数補
正を行なわない場合、すなわち図１０（ａ）に示すよう
な構成で、駆動周波数指令値に従いＰＷＭ制御を行ない
電動機を駆動した場合のシミュレーション結果であり、
不安定現象が発生している。従って、本実施例における
構成で周波数の補正を行うことにより不安定現象が抑制
できるという効果があることがわかる。

【００１４】また、図４及び図５と同じ条件において駆
動周波数が５０Ｈｚになったとき、この場合は通常不安
定現象が発生しないが、従来の不安定現象抑制方法を用
いて、すなわち図１０（ｂ）に示す構成において、ゲイ
ン関数を用いずに不安定現象が発生する周波数帯と同じ
補償量によって周波数を補正することにより、補正量が
適切でなくなるため、過補償となり図６に示すようにう
まく補償することができなくなる。しかし、本実施例に
おける構成によれば、ゲイン関数によって補償量が極小
さなものとなるため、同様の補償動作を行っても図７に
示すように安定に制御することができる。次に、本発明
の第２実施例を図８を用いて説明する。

【００１５】本実施例は、前記第１実施例において回路
で構成していたハイパスフィルタ８をマイコンソフトウ
エアで処理するように、ローパスフィルタ処理を施した
信号をＡ／Ｄ変換器でデシタル信号に変換する構成とし
たものである。この場合は従来の可変電圧可変周波数（
ＶＶＶＦ）インバータに、直流電流の検出回路とローパ
スフィルタとしてアナログのＲＬ回路を付加するだけで
、ゲイン関数の数値を記憶されたＲＯＭもマイコンに内
蔵できるので、それ以外はマイコンソフトウエアで処理
でき、非常に小規模の回路構成で実現可能である。

【００１６】また、本発明の第３実施例としては、前記
第１及び第２実施例において、ゲイン決定手段１０にお
けるゲイン関数を図９に示すような関数とする。すなわ
ち高周波領域においては不安定現象が発生しないため、
ゲインを０にして全く補償が四行われなくなるようにし
たものである。その他、駆動周波数に応じて補償量を適
切にすることができるようなゲイン関数であれば、これ
以外の関数を用いても良いと考えられる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればフィ
ルタにより抽出された周波数帯成分に、駆動周波数に応
じて定まるゲインを乗算して周波数補正値を適正化する
ことにより、全ての駆動周波領域において電動機を安定
に駆動することができるばかりでなく、大部分の制御処
理をマイコンによるソフトウエアで実現することも可能
であるため、非常に小さな回路構成ですむという優れた
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概要構成図である。

【図２】本発明の第１実施例のＶ／Ｆパターンを示す図
である。

【図３】本発明の第１実施例におけるゲイン決定手段で
用いられるゲイン関数を説明する図である。

【図４】本発明の第１実施例のシュミレーション波形で
ある。

【図５】従来の構成におけるシュミレーション波形であ
る。

【図６】ゲイン関数を用いない従来の不安定現象抑制方
法におけるシュミレーション波形である。

【図７】本発明の第１実施例のシュミレーション波形で
ある。

【図８】本発明の第２実施例の概要構成図である。

【図９】本発明の第３実施例におけるゲイン決定手段で
用いられるゲイン関数を示す図である。

【図１０】従来のインバータ装置の概要構成図であり、
（ａ）は周波数補正を行わない通常の構成を、（ｂ）は
ゲイン関数を用いない従来の不安定現象抑制方法による
構成を示す図である。

【符号の説明】

６　　電流検出手段 ７　　ローパスフィルタ ８　　ハイパスフィルタ １０　　ゲイン決定手段 １１　　補正値生成手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　可変電圧可変周波数にて交流電動
   機を駆動するインバータ装置において、インバータの主
   回路の直流母線に流れる電流を検出する電流検出手段と
   、前記検出手段で検出した電流における所望の周波数帯
   成分を抽出する抽出手段と、駆動周波数指令値に従いゲ
   インを決定するゲイン決定手段と、前記抽出手段により
   抽出した成分と前記ゲイン決定手段により決定したゲイ
   ンとを乗算して駆動周波数の補正値を生成する周波数補
   正生成手段と、前記周波数補正値生成手段により生成さ
   れる補正値を駆動周波数から減ずることによりインバー
   タの出力周波数を補正する周波数補正手段とを具備する
   ことを特徴とするインバータ装置。