JPH0819263A - Pwmインバータの出力電流検出装置 - Google Patents

Pwmインバータの出力電流検出装置

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JPH0819263A
JPH0819263A JP6149245A JP14924594A JPH0819263A JP H0819263 A JPH0819263 A JP H0819263A JP 6149245 A JP6149245 A JP 6149245A JP 14924594 A JP14924594 A JP 14924594A JP H0819263 A JPH0819263 A JP H0819263A
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arm
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Yoshihiro Murai
由宏 村井
Tetsuo Yamada
哲夫 山田
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
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    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1つの電流センサによる直流側の電流検出に
より3相交流電流を検出する。 【構成】 PWMインバータの主回路11の直流側の電
流を電流センサ12で検出し、PWM波形にしたがった
主回路の各相アームのスイッチング直前と直後の検出電
流をサンプルホールド回路13、14によって順次サン
プリング・記憶し、引き算回路16によって両サンプリ
ング値の引き算を順次行ってスイッチング前後の直流電
流の変化分を求める。この変化分は、各相別の出力電流
の情報を含んだ形で変化し、これを分配演算回路17に
よって各相別に分配して相別の検出電流を得る。タイミ
ング制御回路15は、PWM波形からサンプリングタイ
ミングと相別の分配のためのタイミング信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PWMインバータの出
力電流検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】PWMインバータは、図5に例示するよ
うな電圧形三相インバータ主回路の制御信号として、図
6に示すように、各相正弦波信号Va,Vb,Vcと三
角波(搬送波)信号Cとのレベル比較によりPWM波形
a,eb,ecを生成し、このPWM波形により主回路
の各スイッチ素子をスイッチング制御することにより、
高調波成分を抑制した正弦波出力を得る。Vabは線間
電圧、Vanは相電圧を示す。
【0003】PWMインバータから誘導電動機IMなど
の負荷に供給する出力電流及び位相制御には、正弦波レ
ベル及び位相を制御する。このための電流検出には、ベ
クトル制御では主回路と負荷をつなぐ点P1〜P3での出
力電流をホールCT等を使って3相分(又は2相分)だ
け検出する。
【0004】また、汎用インバータなどのオープンルー
プ制御インバータにおいても、デッドタイム補償、安定
性の改善、オートトルクブースト制御、電流制御、パラ
メータのオートチューニング等の高性能化のために3相
出力に電流センサを設けて出力電流を測定する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】PWMインバータの電
流検出方式として、その交流出力側に電流センサを設け
る方式では、通常では2又は3個のセンサが必要とな
る。
【0006】しかし、汎用インバータのように低コスト
を目的とするものは、電流センサ個数を減らすことが要
求される。
【0007】この要求から、PWMインバータの直流側
(図5の点P4)に1つの電流センサを設け、この直流
電流から出力電流を求める方式がある。
【0008】しかし、この方式では、PWMインバータ
の直流電圧Eがほぼ一定となることから、検出直流電流
の平均値はほぼインバータ出力周波数に比例して変化す
ることになる。
【0009】図7は、インバータの運転周波数と出力電
圧の関係を示し、定トルク範囲では電力VAは、
【0010】
【数1】
【0011】VAC:出力線間電圧、 IAC:出力電流、 E:直流電圧、 Id:直流電流 となるため、周波数の変化に比例して電力VAも変化
し、直流側での電力VAとの関係から出力電流Idがほ
ぼ周波数に比例して変化する。
【0012】このような関係から、低周波での直流電流
平均値は小さくなり、電流検出精度が悪化する。そのた
め、前記のような高性能化には直流電流の検出では実現
が難しくなる。
【0013】本発明の目的は、1つの電流センサによる
直流側の電流検出により3相交流電流を検出する電流検
出装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、PWMインバータの主回路の直流側の電
流を検出する1つの電流センサと、前記主回路の各相ス
イッチング素子のスイッチング直前と直後の前記電流セ
ンサの検出電流からその変化分を求める電流変化分演算
手段と、前記各相スイッチング素子のスイッチングタイ
ミングに応じて前記検出電流の変化分を各相別に分配し
て相別の検出電流を得る分配演算手段とを備えたことを
特徴とする。
【0015】
【作用】図1は、PWMインバータの1相分の上下アー
ム構成を示す。この構成において、搬送波(三角波)の
周波数が十分に高く(例えば10〜15KHZ)、負荷
としてインダクタンスを含む誘導性負荷に出力電流iを
供給するとき、基本波周期では電流iがほぼ正弦波にな
るが、上下アームT+,T-の短い周期(高周波)のスイ
ッチング期間には電流iがほぼ一定と見做すことができ
る。
【0016】いま、出力電流iが負荷側に流れており
(i>0)、上側アームT+がオフし、下側アームT-
並列のダイオードD-に電流iが還流し、主回路の直流
側の電流idがある値となっているとする。
【0017】この状態からアームT+がオンすると、電
流iはダイオードD-からアームTに転流する。これ
により、直流側の電流iはそれまでの値から電流iだ
けステップ状に増加する。この増加分は、出力電流iに
一致する。
【0018】逆に、上側アームT+がオン状態で電流i
がある値にある状態で該アームT+がオフ状態に変化す
ると、直流側の電流idが電流iだけステップ状に減少
する。この減少分は、出力電流iに一致する。
【0019】同様に、出力電流iが負荷側から下側アー
ムT-又は上側アームT+に並列のダイオードD+側に流
れているとき(i<0)、アームT-のオン/オフの変
化前後には直流側電流idがステップ状に電流iだけ変
化する。
【0020】これらの関係は、図2に示すようになる。
また、他の相のアームのスイッチングについても直流側
電流idが当該相の電流iだけステップ状に変化するこ
とになる。
【0021】以上のように、直流電流idは、PWM波
形に従ったスイッチング時に出力電流の情報を含んだ形
で変化する。このことから、本発明は、主回路の直流側
電流idを検出する1つの電流センサを設け、このセン
サの検出電流から電流変化分演算手段により各相アーム
のスイッチング前後の直流側電流の変化分を求め、この
検出電流の変化分を分配演算手段により相別に分配して
各相の出力電流を求める。
【0022】
【実施例】図3は、本発明の一実施例を示す電流検出回
路図である。
【0023】PWMインバータの主回路11の直流側に
は1つの電流センサ12が設けられ、直流電源Eから主
回路に流れる電流idを検出する。
【0024】一対のサンプルホールド回路13、14
は、PWM波形によるスイッチングパターンに応じて交
互にサンプリング制御され、電流センサ12からの検出
電流idのサンプリングと一時記憶をする。このときの
サンプリング制御は、主回路11の各相アームTa+
Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-のスイッチングパ
ターンに応じてタイミング制御回路15による制御がな
される。
【0025】これにより、サンプルホールド回路13、
14は、一方が各相アームのスイッチング直前の電流i
dをサンプリングするときに他方がスイッチング直後の
電流idをサンプリングする。
【0026】タイミング制御回路15は、主回路11の
各相アームのオン/オフを制御するPWM波形の信号か
ら各相アームのスイッチングタイミング信号を得、この
信号に基づいてサンプルホールド回路13、14のサン
プリングタイミング信号を得る。
【0027】引き算回路16は、サンプルホールド回路
13、14でサンプリングした電流id1,id2の差Δi
dを求める。
【0028】分配演算回路17は、電流差信号Δid
各相別に分配し、各相別の電流検出信号ia*,ib*,
c*を得る。この信号分配にはタイミング制御回路1
5からの各相別のタイミング信号を使用する。
【0029】本実施例の動作を図4を参照して以下に詳
細に説明する。
【0030】PWMインバータの主回路11の各相a,
b,cの各アームがPWM波形にしたがって図4のタイ
ミングでオン/オフ制御されるとき、このオン/オフ制
御期間が短い三角波周期で変調したPWM制御になるこ
とから、図4に示すように、いずれも出力電流ia,i
b,icが一定と見做すことができる。
【0031】(1)オフモード期間…時刻t0の状態か
ら時刻t1、t2、t3でアームのオン/オフ状態の切換
制御がなされる。このうち、時刻t0〜t1までは電流i
a,ib,icの正負状態からアームTa+、Tb+及び
ダイオードDc+がオンしており、直流側の電流id(=
a+ib+ic)=0となっている。
【0032】つぎに、時刻t1でアームTc+のオン指令
がなくなってアームTc-にオン指令が入ると、アーム
Ta+,Tb+,Tc-がオンし、電流id=ia+ib=−
cとなり、電流idはステップ状に電流icだけ変化す
る。
【0033】次いで、時刻t2でアームTb+のオン指令
もなくなってアームTb-がオンすると、アームTa+
Tc-及びダイオードDb-がオンし、直流電流id=ia
=−ib−icとなり、電流ib分だけステップ状に変化
する。
【0034】さらに、時刻t3でアームTa+のオン指令
がなくなってアームTa-にオン指令が入ると、アーム
Tc-及びダイオードDa-,Db-がオンし、直流電流
d=ia+ib+ic=0となり、電流ia分だけステッ
プ状に変化する。
【0035】(2)オンモード期間…時刻t4〜t6でア
ームのオン/オフ状態の切換制御がなされ、直流電流i
dは各切換タイミングで電流ia,ib,icに相当する電
流分だけステップ状に変化する。
【0036】以上のことから、本実施例では、期間t0
〜t1の直流電流idをサンプルホールド回路13でサン
プリングしておき、期間t1〜t2の直流電流idをサン
プルホールド回路14でサンプリングし、このとき引き
算回路16には電流icに相当する検出電流Δidを得
る。そして、この電流を分配演算回路17によってc相
の検出電流ic*として分配する。
【0037】続けて、期間t2〜t3ではサンプルホール
ド回路13に直流電流idをサンプリングし、サンプル
ホールド回路14に記憶する期間t1〜t2での電流id
との差を引き算回路16で引き算することで電流ib
相当する検出電流を得、これを分配演算回路17によっ
てb相の検出電流ib*として分配する。
【0038】同様に、期間t3〜t4にサンプルホールド
回路14で直流電流idをサンプリングし、サンプルホ
ールド回路13に記憶する期間t2〜t3の電流idとの
差を求めてa相の検出電流ia*として分配する。
【0039】時刻t4〜t6になるオンモードでのサンプ
リングと引き算と各相への分配も同様になる。
【0040】ここで、図4の直流電流波形とPWMスイ
ッチングパターンの関係は以下のようになる。
【0041】(A)PWMスイッチングパターンにおい
て、オンからオフ、又はオフからオンへと変化したとき
の直流電流idの変化は、スイッチングされた相に相当
する出力電流に対応している。
【0042】(B)このときの出力電流の極性は、オフ
モードのときはマイナス(負)、オンモードのときはプ
ラス(正)となる。
【0043】このような関係から、引き算回路16又は
分配演算回路17での電流の極性決定は、オフモードの
ときはマイナス、オンモードのときはプラスとすること
により出力電流を極性も含めて求めることができる。し
かも、この検出電流はインバータの運転周波数による影
響はない。
【0044】なお、実施例において、要素13〜17か
らなる電流検出回路での信号処理は、マイクロコンピュ
ータ等によるディジタル的な処理に置換することができ
る。この場合、電流センサ12からの検出電流idをA
/D変換回路によってディジタル信号に変換し、この信
号をハードウエア又はソフトウエア処理して各相別の検
出電流を得る。
【0045】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、PWM
インバータの主回路の直流電流は、PWM波形に従った
スイッチング時に出力電流の情報を含んだ形で変化する
ことに着目し、主回路の直流側電流を検出する1つの電
流センサを設け、このセンサの検出電流から電流変化分
演算手段により各相アームのスイッチング前後の直流側
電流の変化分を求め、この検出電流の変化分を分配演算
手段により相別に分配して各相の出力電流を求めるよう
にしたため、主回路の直流側に設けた1つの電流センサ
で3相の出力電流を検出できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】PWMインバータの主回路の1相分回路図。
【図2】図1における直流側の電流変化を示す図。
【図3】本発明の一実施例を示す電流検出回路図。
【図4】実施例のタイムチャート。
【図5】電圧形インバータの主回路図。
【図6】三相PWMインバータの波形図。
【図7】インバータの運転周波数−電圧特性図。
【符号の説明】
11…主回路 12…電流センサ 13、14…サンプルホールド回路 15…タイミング制御回路 16…引き算回路 17…分配演算回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PWMインバータの主回路の直流側の電
    流を検出する1つの電流センサと、前記主回路の各相ス
    イッチング素子のスイッチング直前と直後の前記電流セ
    ンサの検出電流からその変化分を求める電流変化分演算
    手段と、前記各相スイッチング素子のスイッチングタイ
    ミングに応じて前記検出電流の変化分を各相別に分配し
    て相別の検出電流を得る分配演算手段とを備えたことを
    特徴とするPWMインバータの出力電流検出装置。
JP6149245A 1994-06-30 1994-06-30 Pwmインバータの出力電流検出装置 Pending JPH0819263A (ja)

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