JPH0469096A

JPH0469096A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH0469096A
Application number: JP2173404A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Makino; 康弘牧野; Takehito Inoie; 健仁井家; Etsuo Taniguchi; 硲口　悦男
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-03-04

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、三相誘導電動機を駆動する電源としてのイン
バータ装置に関する。

（ロ）従来の技術電動機の駆動制御にパルス幅変調（ｒ’ＷＭ）インバー
タを用いる技術は１足来から盛んに研究されており、例
えば特公昭５５−２３（１２５号がある。そして−般家
庭用の電源２００Ｖの時代を迎え、益々インバータ技術
が重要になりつつある。

ところでインバータを用いて三相誘導電動機の可変速駆
動を行う場合、該電動機の減速モードによって発生する
回生電力が問題となる。即ち前記回生電力によってイン
バータのリカバリダイオードを介してインバータの入力
コンデンサに電流が流れ、直流電圧が上昇する。このた
め、インバータのスイッチング素ｆの耐圧をオーバーし
、素子が破損する危険性があった。

一般にこの対策として前記直流電圧を検出し、前記直流
側のプラスとマイナス間を抵抗を介して短緒し、回生電
力を消費させて電圧１１−を抑制する直流過電圧保護回
路が必要となる（例えば特公昭６４−９１９号公報、成
るいは特開昭６１−１２５３８８号公報参照）。この場
合の保護回路の電源構成として、ｉｉｉ記直流電源から
、抵抗と、ツェナダイオドと、コンデンサとによって定
電圧回路を構成して直接前ている。

（ハ）発明が解決しようとする課題ところで上記のように直流電源から直接過電圧保護回路
の電源を得る構成では、インバータの入力電圧が高い（
例えばＤＣ２８０Ｖ）場合、大きな抵抗を必要とすると
ともに、該抵抗による発熱量が大きくて、周辺に他の回
路構成部品を配置することができなくなり、インバータ
回路部の基板占有面積が増大するという間騎点があった
。

本発明はかかる点に鑑み、過電圧保護回路部の電源を二
［夫し、基板面積を小さくするとともに、発熱の影響を
押さえることを目的とする。

（ニ）課題を解決しようとする手段本発明は、直流電源と、該直流電源に接続された複数個
のスイッチング素子より成る電動機駆動回路部と、該駆
動回路部に接続された三相誘導電動機と、前記駆動ｆＥ
ｉ回路部の各スイッチング素子にゲート電圧を供給する
増幅回路部と、前記駆動回路部より種々の周波数の三相
交流電圧を発生させるべく前記増幅回路部に制御信号を
出力する波形制御部と、前記駆動回路部に入力される直
流過電流を検出する過電流保護回路と、前記電動機の回
生電力による前記直流電源の電圧上昇を防止する過電圧
保護回路部とよりなり、該過電圧保護回路部の電源と前
記電動機駆動回路部の電源とを共用するものである。

（ホ）作用上記の構成において波形制御部は制御信号パターンを構
成し、これを増幅回路部へ出力する。

増幅回路部はこれを受けて電動機駆動回路部の各スイッ
チング素子に制御信号を供給し、該駆動回路部から任意
の周波数の三相交流電圧を発生させる。過電圧保護回路
部は、前記直流゛電源に誘導電動機から回生される電圧
により−Ｌ昇する前記直流電源電圧を検出し、前記直流
電源側のプラスとマイナス間を抵抗を介して短絡し、回
生電力を消費させて前記直流電圧上外分を抑制する。

（−）実施例以下本発明のインバータ装置を図面に基づき説明する。

第１図は三相誘導電動機の基本駆動回路を示し、ｌはＡ
　Ｃ２０（ｌ　Ｖの商用交流電源、２は該交流電源］の
交流入力電流を全波整流して直流電流に変換するブリフ
ジ整ｊ人回路部、３は該整流回路部２にて生成された０
５：流を平滑する直流電源としての平滑コンデンサ、４
は該ｉＶ滑コンデンサ３による直流平滑出力を用いて任
意の正相交流電圧を発生する電動機駆動回路部としての
ＩＧＢＴ　（ｌｎｓｕｌａＬｅｄＧａｔｅＢ　１ｐｏｌ
ａｒＴｒａｎｓｉｓＬｅｒ）モジュール、５は該モジュ
ール４で発生した三相交流によって駆動される誘導電動
機６とその周辺回路から成る負荷部である。

７は前記平滑コンデンサ３の端子電圧を検出し前記誘導
電動機６の回生電力による前記面ｉｆｔ　；Ｉｈ　ｉｉ
：圧を検出するＤ　Ｃ過電圧保護回路部、８．９は該保
護回路部７の検出信号により導通し前記直流側を短絡す
るための抵抗、及びトランジスタである。、１０はｉｉ
１記串滑コンデンサ３の直流出力より定ｔＩＦ電源を作
るＲＣＣ（ＲｉｎｇｉｎｇＣｈｏｋｅＣｏｎｖｅｒｔｅ
ｒ）　電源回路部であり、ここで作られた定電圧出力は
ｉｉｉ記ＩＧＢＴモジュール４を構成する後述の各回路
部の駆動電源となるとともに、ＲＣＣ電源回路部１０よ
り５Ｖの制御電源１１を作り、これを前記ＩＧＢＴモジ
ュール４の出力周波数のＩＩＷＭ制御を行う波形制御部
としての１６ｂｉ　ｔのマイクロコンピュータ１２に接
続している。そしてこのマイクロコンピュータ１２と前
記ＩＧＢＴモジュール４とは相互に電気的絶縁を取り、
且つノイズがモジュール４に流入するのを防ぐため、両
者間に７オトカプラから成る高耐圧インタフェイス部１
３を介在させている。

前記ＩＧＢＴモジュール４は６個のＩＧＢＴがら成る三
相パワードライバ部１４と、該ドライバ部１４の各ＩＧ
ＢＴにゲート電圧・電流を供給するアンプ部１５と、前
記ドライバ部１４の異常温度（１１０℃以上）を検出し
てＩＣＲＴモジュール４を保護する温度検出器１６と、
該ＩＧＢＴモジュール４内の過電流を検出しＩＧＢＴモ
ジュール４を保護するシャント抵抗１７と、前記温度検
出器１６、及びシャント抵抗１７からの異常時検出信号
に基づき前記アンプ部１５を制御する過温度・過電流保
護回路１８とより成る。また前記アンプ部には前記ＩＧ
ＢＴモジュール４の応答速度を早めるために逆バイアス
電圧を印加する一ＶＤ回路１９が接続されている。そし
て前記インタフェース部１３はＩＧＢＴモジュール４内
のアンプ部１５と、過温度・過電流保護回路１８とに接
続されている。

さらに前記負荷部５の電動機６の回転数等のデータは速
度フィードバック回路２０を経て前記マイクロコンピュ
ータ１２へ接続され、ＰＷＭ制御の為の一つのデータと
なる。

第２図〜第４図は上記第１図の基本駆動回路を基本とし
て設計された実施回路の一例を分割した図であり、前記
第１図に対応する部分には同一符号を付し、その他の構
成部品については周知の電気回路の記号に準拠する。即
ち符号の頭文字がＲなら抵抗、Ｑならトランジスタ、Ｃ
ならコンデンサ、ＩＣなら集積回路、Ｄならダイオード
、ＴＮならトランス、Ｓなら接点である。また、図中○
で表された数字はに記第２図〜第３図の夫々接続される
リード線と対応するリード線番号である。

同図において、ＩＧＢＴモジュール４としては工作電機
（株制のＳＴＫ６５２２０Ｍ３Ｆを用い、マイクロコン
ピュータ１２としては三菱電機（絹製のＭ３７７０５Ｅ
２Ａ（１６ｂｉｔ）を用いた。さらに、ＩＣ４は前記過
電圧保護回路７内に置かれたタイマ用集積回路、ＩＣ５
−ＩＣＩ２はフォトカプラである。

また、２１は前記マイクロコンピュータ１２に接続され
正確なタロツク信号を作るクロック回路であり、ＩＣ３
はリセント回路の集積回路、ＣＫＩは水晶振動子である
。

前記過電圧保護回路７は前記平滑コンデンサ３の両端に
並列接続された直列抵抗ＲＯＩ、　Ｒ５０と、該直列抵
抗ＲＯＩ、Ｒ５０の分圧点にツェナダイオードＤ５０を
介してベース接続されたトランジスタＱ５０と、該トラ
ンジスタＱ５０のコレクターエミッタ間に介挿された直
列抵抗Ｒ５３，Ｒ５４と、該直列抵抗Ｒ５３，Ｒ５４の
分圧点にベース接続されたトランジスタＱ５１と、該ト
ランジスタＱ５１のコレクタに接続されたタイマ用集積
回路ＩＣ４と、より構成される。

またＲ５２は前記トランジスタＱ５０のコレクタ抵抗、
Ｒ５５は前記トランジスタＱ５１のコレクタ抵抗、Ｒ５
６，Ｒ５７，Ｃ５０は前記タイマ用集積回路に接続され
たタイマ周期設定用の時定数回路を構成する抵抗及びコ
ンデンサである。

さらに前記タイマ用集積回路ＩＣ４の出力ポート（３）
に接続された抵抗Ｒ５８と、該集積回路１ｃ４の出力ポ
ート（５）に接続されたコンデンサＣ５１とを有する。

そして前記１ｃ４の出力ポート（３）はまた抵抗Ｒ６２
ヲ介して主回路のトランジスタＱＯＯのベースに接続さ
れ、該トランジスタＱＯＯのエミッタは前記トランジス
タ９のベースに接続されている。

前記過電圧保護回路部７の電源は、前記ＩＧＢＴモジュ
ール４のボート（４）からダイオードＤ５２、抵抗Ｒ６
３、コンデンサＣ５２とツェナダイオードＤ５］とがら
成る定電圧回路を介して得ている。

第５図は、前記ＩＧＢＴモジュール４の内部回路図であ
る。同図において頭文字Ｃはコンデンサ、Ｒは抵抗、Ｉ
Ｃは前記アンプ部１５を構成する集積回路、ＴＲはＩＧ
ＢＴ、Ｉ）はリカバリダイオード、Ｑはトランジスタで
ある。また○で囲まれた数字はＩＧＢＴモジュール４の
各ボートに対応している。ここで前記主動機駆動回路１
４のマイナスラインに接続されるＩＧＢＴ用電源はモジ
ュール４のボート（４）と、ホト（１）とに接続されて
いる。また、ボート（１）は過電流検出用の前記シャン
ト抵抗１７を介して前記直流電源のマイナスラインとＩ
Ｃ２６内で接続される。

従って−ｉ記通過電圧保護回路部の検出回路は抵抗Ｒ０
１とＲ５０のｉｉｊ記直流電圧の分圧値ではなく、抵抗
ＲＯ＋と、抵抗Ｒ５０及びシャント抵抗１７との分圧値
と、ツェナダイオードＤ５０、トランジスタＱ５０のベ
ース・エミッタ間電圧とを比較していることになる。

しかし、シャント抵抗１７の抵抗値は数十ｍΩと小さく
、抵抗Ｒ５０に比較して無視できるほど小さいことから
、検出電圧の差も無視できる。

ここで前記モジュール４のボート（４）より出力される
電圧はＤＣ２０Ｖであり、これを抵抗Ｒ６３で１２Ｖに
降ドさせて過電圧保護回路７に供給する。従って抵抗Ｒ
６３はＩＷ望程度の小さなもので１分である。

以上の構成を有する実施回路において、接点Ｓ３に２０
０　Ｖの商用交流１が印加されると整流回路２によって
２８０ＶのｉＩｉ流に変換され、平滑コンデンサ３によ
って平滑されて［ＧＢＴモジュール４に入力される。こ
の時同時にＲＧＣ電源回路１０にも前記直流電流が人力
され、かかる回路１０によって５ｖの制御電源１１と前
記ＩＧＢＴモジュール４内のアンプ部１５、及び過温度
・過電流保護回路１８に供給する電源を作る。一方のマ
イクロコンピュータ１２ではそのメモリ（ＲＯＭ）内に
、正弦波の位相角で０．１’刻みに６００“（５／３周
期）に渡って該正弦波の振幅に比例しな晰子化した矩形
のデジタル信号を記憶しており、この６０　Ｆｌ　０個
の連続したパターンの矩形波信号を０−３６０”、１２
０〜４８０°、２４０−６　（１０’の範囲で夫々三相
交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に割り当て、その中から所定数
の矩形波信号の随時読み出しを行う。

読み出された矩形波信号はｔｉｉｉ記インタフェイス部
１３を経てＩＧＢＴモジュール４内のアンプ部１５に供
給され、該アンプ部１５を駆動せしめて、前記ドライバ
部１４を起動する。ドライバ部１４ではこれを構成する
各スイッチング素子が夫々がｉ形相形波信号に合わせて
導通・非導通を繰り返し、所定周期の三相交流を作り、
前記負荷部５の電動機６に出力する。

誘導電動機６より回生電力が生じると、コンデンサ３の
端子電圧が１−昇する。この上昇した電圧は、抵抗ＲＯ
Ｉと抵抗Ｒ５０の接続点で検出され、ツェナダイオード
Ｄ５０が導通してトランジスタＱ５０が導通する。これ
を受けてトランジスタＱ５１が導通して集積回路１ｃ４
が駆動し、出力ボート（３）が旧ｇｈになり、トランジ
スタＱＯＯが導通し、次いでトランジスタ９が導通して
電圧上昇分を抵抗８を介してグランドに落とすことすこ
とにより、回生電力による直流電圧上昇を抑制している
。

第６図の（Ａ）−（Ｄ）はマイクロコンピュータ１２か
ら読み出された矩形波信号とＩＧＢＴモジュールから出
力される各相の出力波形（線電圧波形）及びＵ相−Ｖ相
の腺間尤圧波形とを夫々示したものである。この例では
ｉｉｉ記マイクロコンピュータ１２の連続した６０００
個の矩形波信号を５個おきに順番に読み出し、各相の１
周期当りの矩形波信号数を１２００個で構成することに
より、例えばＰＷＭスイッチング周波数を１５ｋＨｚに
設定した場合、１５０００／１２００＝１２．５Ｈｚの
交流が得られる。従って、Ｉｃ、ＢＴモジュール４の出
力周波数の調整は、負荷部５の電動機６の速度データ等
により前記マイクロコンピュータ１２から読み出す矩形
波信号の個数をＪ！ｌ整することにより、簡単に行われ
る。

また、インバータの電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）一定制御を
行うために、前記マイクロコンピュータ１２に記憶され
るＰＷＭデータの変調度を１とした場合に１５ｋｌｌｚ
（６６μ５ｅｃ）以内に各データ毎に変調度を乗除演算
して所望の変調度を得ることが可能である。

（ト）発明の効果本発明は以上の説明の如く、過電圧保護回路部の電源を
電動機駆動回路部と共有することによって、従来のよう
に直接直流電源から電圧を落として得ていた場合に比べ
て、大きな抵抗を用いる必要がなくなり、該過電圧保護
回路部が基机」−で占有する面積を小さくできるととも
に、発熱による各回路構成部品に勺、える影響をも抑え
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明インバータ装置の概略を説明するブロッ
ク回路図、第２図〜第４図は夫々第１図の回路に基づき
設計された一実施回路図の分割図、第５図はＩＧＢＴモ
ジュールの内部回路図、第６図は波形制御部からの出力
信号と駆動回路部からの出力波形との相関を示す図であ
る。ｌ・　交流電源、６・・・電動機、７・・・過電圧保護回路部、１２−・波形制御部、１４・−・電動機駆動回路部、１５・・・増幅回路部。フ〉 ≧

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電源と、該直流電源に接続された複数個のス
イッチング素子からなる電動機駆動回路部と、該駆動回
路部に接続された三相誘導電動機と、前記駆動回路部の
各スイッチング素子にゲート電圧を供給する増幅回路部
と、前記駆動回路部より種々の周波数の三相交流電圧を
発生させるべく前記増幅回路部に制御信号を出力する波
形制御部と、前記駆動回路部に入力される直流過電流を
検出する過電流保護回路と、前記電動機の回生電力によ
る前記直流電源の電圧上昇を防止する過電圧保護回路部
とよりなり、該過電圧保護回路部の電源と前記電動機駆
動回路部の電源とを共用することを特徴とするインバー
タ装置。