JPH0779551B2 - インバ−タ制御装置 - Google Patents

インバ−タ制御装置

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JPH0779551B2
JPH0779551B2 JP62063917A JP6391787A JPH0779551B2 JP H0779551 B2 JPH0779551 B2 JP H0779551B2 JP 62063917 A JP62063917 A JP 62063917A JP 6391787 A JP6391787 A JP 6391787A JP H0779551 B2 JPH0779551 B2 JP H0779551B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流電力を交流電力に変換してゆくパルス幅変
調方式（以下これをPWMと称す）インバータの制御装置
に関するものであり、更に詳しくは、出力周波数が低い
非同期運転領域では出力周波数の変化にかかわらず切り
込み周期が一定な非同期運転をし、高い同期運転領域で
は出力周波数の変化に伴って切り込み周期が変化する同
期運転を行うPWMインバータに関するものである。
〔従来の技術〕
PWMインバータにおいて、非同期運転から同期運転へ移
行するときあるいは同期運転から非同期運転へ移行する
ときには過渡現象を小さく抑制するため変調波と搬送波
との位相差が小さいことが要求される。
この位相差が小さい状態で、非同期運転から同期運転へ
移行するようにするために、同期搬送波と非同期搬送波
との２つを同時に出力させておき、非同期搬送波の周期
を次第に変化させて、両方の周波数と位相とが一致した
ときに、非同期運転から同期運転へ移行するようにする
ことが特開昭60−174070号公報で提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、従来提案されたものは、同期搬送波と非同期搬
送波との２つを同時点で作っておかなければならないた
め回路構成が複雑になる。
本発明はこの様な点を改善するために成されたものであ
り、その目的とするところは、非同期搬送波と同期搬送
波との２つを同時に出力することなく、非同期運転から
同期運転へスムーズに移行することが出来るPWMインバ
ータを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、請求項１の発明によれば、周波数指令手段
と第１ディジタル信号発生手段、タイミング信号発生手
段、加算手段、位相検出手段、それに切り変え手段とを
設けることにより達成される。
周波数指令手段は、インバータの出力したい周波数を指
令する。
第１ディジタル信号発生手段は、運転領域切換用の信号
に応じて非同期運転領域での動作と、同期運転動作領域
での動作に切換えられ、非同期運転領域では前記周波数
指令手段の出力を受け、その周波数に比例した大きさの
ディジタル信号を出力し、同期運転領域では特定の大き
さのディジタル信号を出力するように構成してある。
タイミング信号発生手段は、運転領域切換用の信号に応
じて非同期運転領域での動作と同期運転動作領域での動
作に切換えられ、非同期運転領域では一定周期のパルス
を発生し、同期運転領域では前記周波数指令手段の出力
に比例した周波数のパルス信号を発生するように構成し
てある。
加算手段は、前記タイミング信号発生手段が信号を出力
する毎に現在の出力電圧位相指令に前記第１ディジタル
信号発生手段の出力を加算し、この加算結果が360度以
下の場合には前記加算結果を新たな出力電圧位相指令と
して出力し、360度を越えていた場合には前記加算結果
から360度を差し引いた値を新たな出力電圧位相指令と
して出力するように構成してある。
位相検出手段は、前記加算手段の出力を判断し、その出
力が特定範囲値内になったとき検出信号を発生するよう
に構成してある。
切り変え手段は、前記位相検出手段の検出信号と、前記
周波数指令手段の出力とを受け、前記検出信号が入力さ
れている状態で、前記出力の周波数が前記切換周波数以
下になったとき、前記運転領域切換用の信号を発生する
ように構成してある。
また、請求項３の発明によれば、さらに第２ディジタル
信号発生手段と正弦波データ発生手段、ディジタル演算
手段、PWM信号合成手段、それに駆動回路を設けること
により達成される。
第２ディジタル信号発生手段は、前記第１ディジタル信
号発生手段の出力に応じ、これが大きければ大きいほど
出力も大きくなるディジタル信号を発生するように達成
されている。
正弦波データ発生手段は、前記加算手段の出力を受け、
この出力に応じた位相の正弦波データを出力するように
構成されている。
ディジタル演算手段は、前記タイミング信号発生手段の
出力するタイミング信号に同期して、前記第２ディジタ
ル信号発生手段と前記正弦波データ発生手段の出力を取
り込み、PWM信号を発生するタイミングを演算するよう
に構成されている。
PWM信号合成手段は、前記ディジタル演算手段の出力に
基いて、PWM信号を合成するように構成されている。
駆動回路は、前記PWM信号合成手段の出力に基いて、前
記インバータのパワー素子に与える駆動信号を作成する
ように構成されている。なお、この駆動回路の詳細は、
例えば米国特許第4,615,000号明細書に開示されてい
る。
〔作用〕
出力電圧を決めるパルス幅Tp1、Tp2は電圧指令をＶとす
ると（１）（１′）式で表わされる。
Tp1＝Tc/2＋Tc/2・Ｖ・Sinθ …（１） Tp2＝Tc/2−Tc/2・Ｖ・Sinθ …（１′） 但し、 Ｖ＝kf（Sinθ＋１） …（２） θ＝θ＋Δθ …（３） Δθ＝２πTC …（４） K:定数、f:周波数指令、θ：位相 Tc:搬送波周期の２分の１ ｛（１）、（１′）式と等価な式が、前記の米国特許第
4,615,000号明細書に開示してある。｝ また、出力周波数Foutは出力周波数指令Ｄ（ｆ）と正弦
波テーブル容量ｗ（つまり加算手段２の移送２πに対応
する値）及び決められた加算時間Δｔにより で表わされる。
ここで、加算時間Δｔを一定とすることにより 一定位相間隔のパルスが得られ、Δｔを歩進することに
より正弦波に見合ったパルス幅が得られる。出力周波数
を変化させるには、正弦波テーブル容量ｗと加算時間Δ
ｔが一定ならば、Ｄ（ｆ）のみ変化させれば良い。これ
は正弦波テーブルの一周期のうち何回サンプリングする
かの問題となり、Ｄ（ｆ）が大きければ出力周波数は高
く、小ければ出力周波数は低いということになる。第６
図にて説明すると、データＤ（ｆ）とＤ（ｆ′）とで
は、ダンプリングが同一時間で行なわれるとすれば、デ
ータ値はＤ（ｆ′）＝２×Ｄ（ｆ）の関係にあるので、
一周期をサンプリングして行く時間はＤ（ｆ）にてサン
プリングする方式がＤ（ｆ）の場合より２倍の時間がか
かる。
つまり、Ｄ（ｆ′）のほうがＤ（ｆ）より２倍の周波数
を出力することになる。この時（３）式は下記の通りに
なる。
θ＝ΣＤ（ｆ）＋Ｄ（ｆ） …（６） ところで、タイミング信号発生手段の出力パルス周期は
搬送波の周期に関連しており、従ってタイミング信号発
生手段の出力は搬送波（実際に搬送波は出力しないので
仮想搬送波であるが）に同期することになる。
一方加算手段の出力は変調波（実際に変調波は出力しな
いので、これも仮想変調波であるが）の位相を表わすこ
とになる。
従って加算手段の出力が特定範囲値内になったことを位
相検出手段で検出し、この位相検出手段の出力と周波数
指令手段の出力が特定値以上になったこととのアンド条
件により非同期運転から同期運転に切り変えれば、同時
に非同期搬送波と同期搬送波とを出力することなく過渡
現象の少い状態で非同期運転から同期運転に切り変える
ことができる。
〔発明の詳細な説明〕
以下、本発明の一実施例を第１図から第６図を用いて説
明する。
三相交流電源10より与えられた交流電力はコンバータ11
により直流電力に変換された後平滑コンデンサ12により
平滑され、インバータ13によって再び交流電力に変換さ
れ、電動機14に与えられる。
制御回路を説明すると20は周波数指令手段であり、周波
数設定器20aとランプ回路20bとで構成してある。そして
これに依ってインバータ13の出力したい周波数Foutを設
定する。ランプ回路20bはディジタル値を出力する。第
１ディジタル信号発生手段１の出力Ｄ（ｆ）は周波数指
令手段20の出力に対して第５図に（ａ）で示す特性を示
す。なお第５図の横軸に非同期運転領域と同期運転領域
との関係も示してある。第１ディジタル信号発生手段１
から与えられた設定周波数ディジタル信号信号Ｄ（ｆ）
は、タイマ等のタイミング発生手段４が出力するタイミ
ングパルスp1ごとに加算手段２により加算される。な
お、タイミング信号発生手段４の出力パルス周期は第５
図の（ｂ）に示す特性とする。従って非同期運転領域内
では一定周期毎に第１ディジタル信号発生手段１の出力
Ｄ（ｆ）が加算されることになり、また出力Ｄ（ｆ）は
ランプ回路20bの出力が大きくなるに連れて大きくな
る。同期運転領域に入ると、Ｄ（ｆ）の値は段階的に切
り変わり、一方タイミング発生手段４が出力するタイミ
ングパルスｐの周期Δｔは鋸歯状に変化する。Ｄ（ｆ）
の値が段階的に切り変わった後は、インバータ13の出力
の、一周期間のPWMの切り込み数が変化し、その数は周
波数指令手段20の出力が大きくなるに連れて、段階的に
少くなる。
加算手段２の加算結果θにより正弦波データ発生手段３
は正弦波データSinθを出力する。つまり、加算手段２
の加算結果θが正弦波の位相となり、この位相に応じた
正弦波データを引き出す。加算手段は正弦波360°分を
越えると、ここから360°分を差し引いた値を初期値と
して持つ。一方、第２ディジタル信号発生回路５は周波
数指令手段20の出力に応じた大きさの出力電圧指令のデ
ィジタルデータを出力する。この出力電圧指令は第４図
に示すように設定周波数に対応し、これが大きければ大
きいほど出力も大きくなる例えばc,d,e,gに示すような
特性線のうち任意特性上のデータを引き出すことにより
任意の電圧、周波数特性を表現できる。
第２ディジタル信号発生手段５はメモリ等の記憶素子に
より実現できる。
タイミング発生手段４により発生したタイミングパルス
がはいるたびに、ディジタル演算手段６は正弦波発生手
段３より出力された正弦波ディジタルデータと第２ディ
ジタル信号発生手段５より出力された出力電圧指令値
（ディジタル）とに基づいて、前記の式（１）、
（１′）を演算する。
これによりPWM信号の発生するタイミング、つまり、第
３図の搬送波の頂点からPWM信号の立上り、及び立下り
までの時間TP1,TP2を演算する。この演算結果を利用し
てPWM信号合成手段７によりPWM信号を合成する。このPW
M信号は駆動回路９を通して増幅され、インバータ13の
パワー素子に信号が与えられる。
前記の実施例では、タイミング信号発生手段４から出力
されるタイミングパルスは第３図の搬送波の頂点P,P′
を表わし、非同期運転領域の場合タイミングは第５図に
示したように一定となる。また、正弦波発生手段３から
出力される正弦波データは第３図の中の変調波となり、
加算手段２の出力は変調波の位相θとなる。
第２図に前記のPWM波形合成のフローチャートを示す。
つまりプロセスブロックP1では周波数指令値ｆを周波数
指令手段20から読み取る。次のプロセスブロックP2で
は、第１デイジタル信号発生手段１が周波数指令値ｆに
対応するＤ（ｆ）値を出力する。
次のプロセスブロックP3ではθ＝ΣＤ（ｆ）＋Ｄ（ｆ）
つまり（６）式を加算手段２が実行する。
更に加算手段２はプロセスブロックP4でθ＞２πを判断
しその結果YESならばプロセスブロックP5へ進み、θ＝
θ−２πを出力し、NOならばθ＝θを出力する。両プロ
セスブロックP5,P6も加算手段２が実行する。
次のプロセスブロックP7では、正弦波データ発生手段３
はθに応じたSinθを出力し、ディジタル演算手段６
は、これを取り込む。
次のプロセスブロックP8では、第２デイジタル信号発生
手段５が周波数指令値ｆに対応した電圧指令Ｖを出力
し、デイジタル演算手段６は、これを取り込む。
次のプロセスブロックP9では、デイジタル演算手段６
は、前に入力したタイミング信号p1と今回取り込んだタ
イミング信号p1とからTcを求める。
次のプロセスブロックP10では、デイジタル演算手段６
は、P7、P8、P9で取り込んだSinθ１、Ｖ、Tcを基に
（１）、（１′）式を演算する。前記の制御の流れはタ
イミング信号発生手段４より発生するタイミングパルス
p1を割込とし、この割込ごとに繰り返される。この割込
が一定ならば搬送波周波数は一定となり、出力周波数の
変化は位相加算により、つまり、設定周波数ディジタル
データＤ（ｆ）により決定される。
位相検出手段21は加算手段２の出力θを受け、次の判断
を行う。
φ＜α …（７） 但し、φ＝｜θ＋Ｄ（ｆ）/2−360| …（８） もしその結果φがαよりも大きければ（つまり特定範囲
値よりも大きければ）位相検出手段21は信号Ｃを出力し
ない。φがαよりも小さければ（つまり特定範囲値内で
あれば）信号ｈを出力する。なお、Ｄ（ｆ）/2−360°
は非同期運転時は一定であるからα′＝360°−Ｄ
（ｆ）/2とおくことによりθが特定値α′内にあるかど
うかを判断するだけで信号ｈを出力すべきか否かを判断
できる。（なおαやα′は零であることが望ましい） 切り変え手段22は比較回路23とアンド回路24とで構成す
る。
比較回路23は周波数指令手段20の出力と切換周波数指令
値fcとを比較し、周波数指令手段20の出力が切換周波数
指令値fcに等しいか、それよりも大きくなったときに信
号ｉを出力する。アンド回路24は信号ｈとｉとのアンド
条件が成立したときに信号ｊを出力する。タイミング信
号発生手段４、第１ディジタル信号発生手段１はこの信
号ｊが出力されるまでは、周波数指令手段20の出力がす
でに同期運転に移行すべき大きさの指令を出力していて
も第５図に示した非同期運転領域での信号、つまり第１
ディジタル信号発生手段１は周波数指令手段20の出力が
大きくなればそれに応じて大きくなる信号を出力し、タ
イミング信号発生手段４は一定周期のタイミングパルス
を出力する。
信号ｊが出力されると、第５図に示すように、同期運転
領域で示す信号を出力する。これによりインバータは非
同期運転から同期運転に移行する。
本発明は以上の実施例に限定されるものでなく種々の変
更が可能である。例えば、位相検出手段は第１図中に点
線で示したように正弦波データ発生手段の出力をSinθ
を受け、その絶対値が搬送波の零クロス点で特定範囲値
内にあるかどうかを判断して信号ｈを出力するようにす
ることができる。
また以上の実施例では非同期運転から同期運転への移行
するときについてのみ説明したが逆方向への移行時も実
施可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、以上の説明から明らかなように非同期
搬送波と同期搬送波とを平行して出力することなく非同
期から同期運転への移行を過渡現象を伴うことなく行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例の動作を説明するのに用いるフローチ
ャート、第３図は、搬送波と変調波とPWM波との関係を
示すタイミングチャート、第４図は第１図に示した第２
デイジタル信号発生装置の入力対出力特性を示す図、第
５図は第１図に示した第１デイジタル信号発生装置およ
びタイミング信号発生装置の入力対出力特性を示す図、
第６図は位相更新概念図である。 １…指令周波数ディジタルデータ、２…加算手段、３…
正弦波発生手段、４…タイミング信号発生手段、５…第
２ディジタル信号発生手段、６…PWM演算手段、７…PWM
信号合成手段、９…駆動回路、10…交流電源、11…コン
バータ、12…平滑コンデンサ、13…インバータ、14…電
動機、20…周波数指令手段、21…位相検出手段、22…切
り変え手段。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】インバータの出力周波数が予め設定してあ
    る切換周波数よりも低い領域では、出力周波数の変化に
    かかわらず切り込み周期が一定な非同期運転を行ない、
    出力周波数が前記切換周波数よりも高い領域では、出力
    周波数の変化に伴って切り込み周期が変化する同期運転
    を行うPWMインバータに於いて、 前記インバータの出力したい周波数を指令する周波数指
    令手段と、 運転領域切換用の信号に応じて非同期運転領域での動作
    と同期運転動作領域での動作に切換えられ、非同期運転
    領域では、前記周波数指令手段の出力を受け、その周波
    数に比例した大きさのディジタル信号を出力し、同期運
    転領域では、特定の大きさのディジタル信号を出力する
    第１ディジタル信号発生手段と、 運転領域切換用の信号に応じて非同期運転領域での動作
    と同期運転動作領域での動作に切換えられ、非同期運転
    領域では一定周期のパルスを発生し、同期運転領域では
    前記周波数指令手段の出力に比例した周波数のパルス信
    号を発生するタイミング信号発生手段と、 該タイミング信号発生手段が信号を出力する毎に現在の
    出力電圧位相指令に前記第１ディジタル信号発生手段の
    出力を加算し、この加算結果が360度以下の場合には前
    記加算結果を新たな出力電圧位相指令として出力し、36
    0度を越えていた場合には前記加算結果から360度を差し
    引いた値を新たな出力電圧位相指令として出力する加算
    手段と、 該加算手段の出力を判断し、その出力が特定範囲値内に
    なったとき検出信号を発生する位相検出手段と、 該位相検出手段の検出信号と、前記周波数指令手段の出
    力とを受け、前記検出信号が入力されている状態で、前
    記出力の周波数が前記切換周波数以下になったとき、前
    記運転領域切換用の信号を発生する切り変え手段と を有するインバータ制御装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、 前記第１ディジタル信号発生手段は、前記同期運転領域
    では、その領域内が前記周波数指令手段の出力周波数に
    応じて複数の区間に分割されていて、各区間内では一定
    のディジタル信号を発生するように構成されており、 前記タイミング信号発生手段は、前記周波数指令手段の
    出力周波数の増加に伴って周波数が単調増加してゆくパ
    ルス信号を発生するように構成されている ことを特徴とするインバータ制御装置。
  3. 【請求項３】インバータの出力周波数が予め設定してあ
    る切換周波数よりも低い領域では、出力周波数の変化に
    かかわらず切り込み周期が一定な非同期運転を行ない、
    出力周波数が前記切換周波数よりも高い領域では、出力
    周波数の変化に伴って切り込み周期が変化する同期運転
    を行うPWMインバータに於いて、 前記インバータの出力したい周波数を指令する周波数指
    令手段と、 運転領域切換用の信号に応じて非同期運転領域での動作
    と同期運転動作領域での動作に切換えられ、非同期運転
    領域では、前記周波数指令手段の出力を受け、その周波
    数に比例した大きさのディジタル信号を出力し、同期運
    転領域では、特定の大きさのディジタル信号を出力する
    第１ディジタル信号発生手段と、 運転領域切換用の信号に応じて非同期運転領域での動作
    と同期運転動作領域での動作に切換えられ、非同期運転
    領域では一定周期のパルスを発生し、同期運転領域では
    前記周波数指令手段の出力に比例した周波数のパルス信
    号を発生するタイミング信号発生手段と、 該タイミング信号発生手段が信号を出力する毎に現在の
    出力電圧位相指令に前記第１ディジタル信号発生手段の
    出力を加算し、この加算結果が360度以下の場合には前
    記加算結果を新たな出力電圧位相指令として出力し、36
    0度を越えていた場合には前記加算結果から360度を差し
    引いた値を新たな出力電圧位相指令として出力する加算
    手段と、 該加算手段の出力を判断し、その出力が特定範囲値内に
    なったとき検出信号を発生する位相検出手段と、 該位相検出手段の検出信号と、前記周波数指令手段の出
    力とを受け、前記検出信号が入力されている状態で、前
    記出力の周波数が前記切換周波数以下になったとき、前
    記運転領域切換用の信号を発生する切り変え手段と、 前記第１ディジタル信号発生手段の出力に応じ、これが
    大きければ大きいほど出力も大きくなるディジタル信号
    を発生する第２ディジタル信号発生手段と、 前記加算手段の出力を受け、この出力に応じた位相の正
    弦波データを出力する正弦波データ発生手段と、 前記タイミング信号発生手段の出力するタイミング信号
    に同期して前記第２ディジタル信号発生手段と前記正弦
    波データ信号発生手段の出力を取り込み、PWM信号を発
    生するタイミングを演算するディジタル演算手段と、 該ディジタル演算手段の出力に基いて、PWM信号を合成
    するPWM信号合成手段と、 該PWM信号合成手段の出力に基いて、前記インバータの
    パワー素子に与える駆動信号を作成する駆動回路と を有するインバータ制御装置。
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