JPH09117154A

JPH09117154A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH09117154A
Application number: JP7271075A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Ono; 野和輝小
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】起動電流の増大を抑制することにより、過電
流保護回路が働いてしまうことを防止するインバータ装
置を提供する。【解決手段】多相の正弦波信号と振幅指令とを乗算し
て得られる多相の電圧指令に従ってインバータ回路を制
御するに当たり、インバータ回路が電圧出力を開始する
時点の位相指令、すなわち、起動位相を起動位相記憶手
段に記憶させる一方、起動位相をシフトさせる位相シフ
ト量を位相シフト量記憶手段に記憶させ、起動位相設定
手段がそれぞれ記憶された位相シフト量と前回の起動位
相とを加算し、得られた値を今回の位相指令の初期値と
するものである。この場合、前回と同一方向に回転させ
る場合の位相シフト量と逆方向に回転させる場合の位相
シフト量とを位相シフト量記憶手段に記憶させ、回転方
向に応じてこれらを選択して使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数要求と電圧
要求とに比例する振幅指令を生成する一方、周波数要求
に基づいて多相の正弦波信号を生成し、これら振幅指令
と各正弦波信号とを乗算して得られる多相の電圧指令に
従って直流を交流に変換するためのインバータ回路を制
御するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は一般的なインバータ装置の適用例
を示す系統図である。図中、１はインバータ装置であ
り、電源から交流又は直流の電力を受取り、交流の場合
には一旦直流に変換してから、直流を交流に変換して要
求される周波数と電圧を持った電力を出力する。このイ
ンバータ装置１から出力された交流は、変圧器２を介し
て、モータ３に供給される。

【０００３】図６はインバータ装置１の詳細な構成を示
すブロック図である。同図において、図示省略の設定器
によりそれぞれ設定された周波数要求11及び電圧要求12
がＶ／Ｆ変換器13に加えられる。Ｖ／Ｆ変換器13は周波
数要求Ｆに比例するように定めた値に、電圧要求Ｋを乗
じて得られる振幅指令Ｖを出力する。また、周波数要求
Ｆは積分器14にも加えられ、積分器14は周波数要求Ｆを
積分して位相指令θを出力して波形発生器15に加える。
波形発生器15は位相指令θの正弦値を演算して正弦波信
号sin θ_aを生成すると同時に、正弦波信号sin θ_aに
対して位相が１２０度遅れの正弦波信号sin θ_bと、正
弦波信号sin θ_aに対して位相が２４０度遅れの正弦波
信号sin θ_cとを生成する。乗算器16はこれらの正弦波
信号sinθ_a，sin θ_b，sin θ_cにそれぞれ振幅指令
Ｖを乗算して三相の電圧指令Ｖ_a＝Ｖ・sin θ_a，Ｖ_b
＝Ｖ・sin θ_b，Ｖ_c＝Ｖ・sin θ_cを出力する。交流
電源４に接続された電力変換器18は交流を直流に変換す
るコンバータ回路及び直流を交流に変換するインバータ
回路を備えている。変調器17は電圧指令Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ
_cに従って、パルス幅変調（ＰＷＭ）波形、又は、パル
ス振幅変調（ＰＡＭ）波形が得られるように電力変換器
18を構成するインバータ回路を制御する。

【０００４】なお、最近はディジタル技術の進歩によ
り、図６に示したインバータ装置のうち、電力変換器18
以外の要素、すなわち、積分器14、波形発生器15、乗算
器16及び変調器17の各機能をマイクロプロセッサ等に持
たせるものが多くなっている。

【０００５】かかるインバータ装置は、周波数を自由に
制御できることから、モータの速度制御や、モータを用
いた位置制御などに使用される。モータを用いた位置制
御に使用する場合には、低速で運転したり、短時間の運
転を繰返して目的の位置に到達するように制御する。ま
た、インバータ装置は直流を交流に変換しているので、
インバータ出力は多くのノイズを含んでいる。従って、
モータによって駆動される装置がノイズに敏感な機器の
近くに置かれる場合には、インバータ装置とモータとの
間に、図５に示した如く、変圧器２が接続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したインバータ装
置によって駆動されるモータ３が、例えば、ステップモ
ータであったとする。この場合、短時間運転によって複
数回に亘って寸動させることがある。この寸動時の起動
位相は毎回同じであるため、連続運転後に寸動を繰返し
たとき、最初の数回に亘って変圧器２の残留磁束が順次
増加し、それ以降の起動時の突入電流が増加する。

【０００７】図７はこのような起動電流の一例を示した
もので、ステップモータを連続運転した後で、運転時間
が４０ｍｓｅｃの場合と、１００ｍｓｅｃの場合の起動
回数と起動電流との関係を示したものである。この図か
ら明らかなように、３回目の起動では１回目の起動の場
合と比較して、約１．５倍の起動電流が流れる。このた
め、過電流保護回路が働いて運転停止に至る場合があっ
た。

【０００８】また、突入電流の増加は寸動を繰返した場
合に限って起こる現象ではなく、インバータ装置によっ
てモータを連続運転した時に、インバータ回路又は制御
部のアンバランスから直流成分が発生すると、その後の
起動時に突入電流が増大して、やはり過電流保護回路を
動作させてしまう他、変圧器の損失を増大させることが
あった。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、第１の目的は起動電流の増大を抑制する
ことにより、過電流保護回路が働いてしまうことを防止
することのできるインバータ装置を提供することにあ
る。また、本発明の第２の目的は、連続運転時の直流電
流成分を低く抑えて、変圧器やモータ等の損失を少なく
することのできるインバータ装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、多相の正弦波
信号と振幅指令とを乗算して得られる多相の電圧指令に
従ってインバータ回路を制御するに当たり、インバータ
回路が電圧出力を開始する時点の位相指令、すなわち、
起動位相を起動位相記憶手段に記憶させる一方、起動位
相をシフトさせる位相シフト量を位相シフト量記憶手段
に記憶させ、起動位相設定手段がそれぞれ記憶された位
相シフト量と前回の起動位相とを加算し、得られた値を
今回の位相指令の初期値とするもので、位相シフト量記
憶手段には前回の起動電流による残留磁束が、今回の起
動電流によって打消されるような位相シフト量を記憶さ
せることにより、起動電流の増大が抑えられ、過電流保
護回路が働いてしまうことを防止することができる。

【００１１】この場合、周波数要求に対応して定まる回
転方向を記憶する回転方向記憶手段を設けると共に、位
相シフト量記憶手段には前回と同一方向に回転させる場
合の第１の位相シフト量と逆方向に回転させる場合の第
２の位相シフト量とを記憶させ、起動位相設定手段は今
回の回転方向が前回と同一のとき第１の位相シフト量を
前回の起動位相と加算し、前回と逆のとき第２の位相シ
フト量を前回の起動位相と加算し、それぞれ得られた値
を今回の位相指令の初期値とすることにより、回転方向
が変化しても起動電流の増大が抑えられる。

【００１２】また、もう一つの発明は、多相の正弦波信
号と振幅指令とを乗算して得られる多相の電圧指令に従
ってインバータ回路を制御するに当たり、インバータ回
路から出力される相電流のうち、いずれか一つの相電流
を除く他の相電流をそれぞれ電流検出手段によって検出
し、直流分検出手段によりこれらの相電流をそれぞれ積
分して直流電流成分を検出したのち、電圧指令補正手段
がこれらの直流電流成分を除去するように対応する相の
電圧指令を補正するようにしたもので、これによって連
続運転時の直流電流成分を除去することができると同時
に、起動電流の増大が抑えられる。

【００１３】さらに、もう一つ他の発明は、これら連続
運転時の直流電流成分を除去する要素と、起動位相の補
正を行うことによって残留磁束を打消す要素とを組合わ
せた構成としたもので、起動電流の増大をより確実に抑
えることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第
１の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、従
来装置を示す図６と同一の要素には同一の符号を付して
その説明を省略する。この装置は、図６に示した装置に
対して、新たに回転方向記憶器21、起動位相設定器22、
位相シフト量記憶器23，24及び起動位相記憶器25が付加
された構成になっている。

【００１５】このうち、回転方向記憶器21は前回運転時
の回転方向が正転か逆転かを記憶するものである。位相
シフト量記憶器23は今回運転時と前回運転時とで回転方
向が同一の場合の起動位相のシフト量を記憶するもので
あり、位相シフト量記憶器24は今回運転時と前回運転時
とで回転方向が逆の場合の起動位相のシフト量を記憶す
るものである。起動位相設定器22は今回運転時と前回運
転時とで回転方向が同一のとき、位相シフト量記憶器23
に記憶された位相シフト量と起動位相記憶器25に記憶さ
れた起動位相とを加算し、今回運転時と前回運転時とで
回転方向が逆のとき、位相シフト量記憶器24に記憶され
た位相シフト量と起動位相記憶器25に記憶された前回の
起動位相とを加算して、それぞれ積分器14に積分動作の
初期値として加えるものである。起動位相記憶器25は起
動位相設定器22から出力される位相値を記憶するもので
ある。この場合、積分器14に初期値として加えられる位
相値は、積分器14から最初に出力される位相指令に他な
らず、従って、起動位相記憶器25は前回運転時の起動位
相を記憶することになる。

【００１６】上記のように構成された第１の実施形態の
動作について、従来装置と構成を異にする部分を中心に
して以下に説明する。先ず、位相シフト量記憶器23には
位相シフト量としてα度が、位相シフト量記憶器24には
位相シフト量としてβ度が記憶されており、起動位相記
憶器25には初期設定値０が記憶されているものとする。
最初に正転の周波数要求11が加えられた段階で、回転方
向記憶器21に何も記憶されていなかったとすれば、起動
位相設定器22は起動位相記憶器25に記憶されていた初期
設定値０を読出して積分器14に加える。積分器14は初期
設定値０を積分動作の初期値として周波数要求Ｆを積分
するため、従来装置と全く同様な起動が行われる。第１
回目の運転により、回転方向記憶器21には正転に対応す
る＋１が記憶され、起動位相記憶器25には起動位相０が
記憶される。

【００１７】２回目の運転に際して、正転の周波数要求
11が加えられたとする。この時、起動位相設定器22は回
転方向記憶器21に記憶された前回の回転方向を読取り、
回転方向が前回と同一であることを判別し、位相シフト
量記憶器23に記憶された位相シフト量αと、起動位相記
憶器25に記憶された起動位相０とを加算して積分器14に
加える。これにより、前回とは起動位相がαだけ異なる
電流が流れる。この第２回目の運転により、回転方向記
憶器21には正転に対応する＋１が記憶され、起動位相記
憶器25には起動位相αが記憶される。

【００１８】３回目の運転に際して、逆転の周波数要求
11が加えられたとする。この時、起動位相設定器22は回
転方向記憶器21に記憶された前回の回転方向を読取り、
回転方向が前回と逆であることを判別して、位相シフト
量記憶器24に記憶された位相シフト量βと起動位相記憶
器25に記憶された起動位相αとを加算して積分器14に加
える。これにより、前回とは起動位相がβだけ異なる電
流が流れる。この３回目の運転により、回転方向記憶器
21には逆転に対応する−１が記憶され、起動位相記憶器
25には起動位相α＋βが記憶される。

【００１９】以下、これと同様にして、前回と同一方向
の周波数要求11が加えられる毎に、起動位相記憶器25に
記憶された前回の起動位相に対してαだけずれた位相指
令が積分器14に加えられ、前回と逆方向の周波数要求11
が加えられる毎に、起動位相記憶器25に記憶された前回
の起動位相に対してβだけずれた位相指令が積分器14に
加えられるため、残留磁束を減ずる方向に起動電流が流
れる。位相シフト量αとして略１８０度を、位相シフト
量βとして略１２０度をそれぞれ設定した場合に最も大
きな効果が得られた。

【００２０】図２は本実施形態による起動回数と起動電
流との関係を、従来装置のそれと併せて示した線図であ
る。図中、折れ線Ａ及びＢは従来装置の起動電流特性で
あり、折れ線Ｃが本実施形態の起動電流特性である。こ
れから明らかなように、本実施形態によれば、３回目以
降であっても起動電流が１回目もしくは２回目と同程度
に抑えられており、これによって、残留磁束の打ち消し
が行われたことが分かる。

【００２１】図３は上述した機能をマイクロプロセッサ
等に持たせた場合の具体的な処理手順を示すフローチャ
ートである。この場合、最初のステップ101 にて回転方
向記憶器21に記憶している前回運転時の回転方向をレジ
スタに代入する。次のステップ102 で今回運転する方向
が正転か逆転かを判断し、正転の場合にはステップ103
にて回転方向記憶器21に＋１を、逆転の場合にはステッ
プ104 にて回転方向記憶器21に−１をそれぞれ記憶させ
る。続いて、ステップ105 ではレジスタに代入した前回
の回転方向と今回の回転方向との積をとり、結果が正の
場合には回転方向が前回と同一であり、結果が負の場合
には回転方向が前回とは逆であると判断する。次に、回
転方向が前回と同一の場合にはステップ106 で起動位相
記憶器25に記憶された前回の起動位相と位相シフト量記
憶器23に記憶された位相シフト量αとを加算して今回の
起動位相とし、回転方向が前回と逆の場合にはステップ
107 で起動位相記憶器25に記憶された前回の起動位相と
位相シフト量記憶器24に記憶された位相シフト量βとを
加算して今回の起動位相とする。次に、ステップ108 で
は今回の起動位相を前回の起動位相として起動位相記憶
器25に記憶させる。以上の処理を実行することにより、
上述したと同様の動作を行なわせる１０ができる。

【００２２】かくして、第１の実施形態によれば、前回
の起動電流による残留磁束が、今回の起動電流によって
打消されるように起動位相を変更するので、起動電流の
増大が抑えられ、過電流保護回路が働いてしまうことを
防止することができる。

【００２３】なお、上記の実施形態では正転を＋１に、
逆転を−１に設定したので前回と今回とで回転方向が同
一か否かを判定するに当たりこれらの設定値の積で判定
したが、回転方向を１と０とで表す場合には排他的論理
和回路（ＥＸＯＲ）で判定することができる。

【００２４】図４は本発明の第２の実施形態の構成を示
すブロック図である。図中、従来装置を示す図６と同一
の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。こ
の装置は、図６に示した装置に対して、新たに電流検出
器31，41、信号変換器32，42、積分器33，43、制限器3
4，44及び加算器35，45が付加された構成になってい
る。

【００２５】ここで、電流検出器31はホールＣＴでな
り、電力変換器18から出力されるＵ相電流を検出して信
号変換器32に加えている。信号変換器32は電流検出器31
の出力を適切なレベルの電圧信号に変換するもので、積
分器33は変換された電圧信号を積分して出力する。制限
器34は積分器33の出力がどこまでも大きくなることを制
限するもので、正、負両方に制限をかけている。加算器
35は電圧指令補正手段として設けられたもので、乗算器
16から出力されるＵ相の電圧指令から制限器34を介して
得られた値を減算して変調器17に加えるものである。

【００２６】これと全く同様にして、ホールＣＴでなる
電流検出器41が電力変換器18から出力されるＷ相電流を
検出すると、信号変換器42がその出力を適切なレベルの
電圧信号に変換するようになっている。また、変換され
た電圧信号を積分器43が積分して出力すると、その大き
さを制限器44によって制限し、電圧指令補正手段として
の加算器45は、乗算器16から出力されるＷ相の電圧指令
から制限器44を介して得られた値を減算して変調器17に
加えるようになっている。

【００２７】周知の如く、三相交流電圧がアンバランス
になると、負荷に直流電流が流れ、変圧器又はモータが
偏磁をきたす。この場合、三相交流に直流分が重畳した
波形となる。一方、三相交流の直流成分を除去するに当
たり、二つの相電流の波形を修正すれば残りの一つの相
電流波形も修正される。

【００２８】図４に示した実施形態はこの原理に従った
もので、Ｕ相電流に直流成分が含まれておれば、積分器
33の出力はゼロにならず、直流成分に対応する電圧が発
生する。加算器35はこの直流成分を除去するように乗算
器16から出力されるＵ相電圧指令にバイアスをかけて補
正する。これと全く同様に、Ｗ相電流に直流成分が含ま
れておれば、積分器43の出力はゼロにならず、直流成分
に対応する電圧が発生する。加算器45はこの直流成分を
除去するように乗算器16から出力されるＷ相電圧指令に
バイアスをかけて補正する。これにより、電力変換器18
から出力される三相交流のアンバランスが解消される。

【００２９】かくして、第２の実施形態によれば、イン
バータ装置のばらつきによって発生する直流分に対応し
たバイアスを交流電圧指令に加えることによって、直流
成分を除去することができるので、変圧器を介して、モ
ータを駆動する場合の起動電流の増大を抑制することが
でき、突入電流によって過電流防止装置が働いてしまう
ことを未然に防止することができる。

【００３０】なお、第２の実施形態を構成する信号変換
器32，42、積分器33，43、制限器34，44及び加算器35，
45の各機能をマイクロプロセッサに持たせることによっ
て、上述したと同様な動作を実現することができる。ま
た、第２の実施形態では三相交流を対象として、二つの
相の電流を検出して対応する相の電圧指令を補正した
が、本発明はこれに適用を限定されるものではなく、イ
ンバータ装置が単相の交流を出力する場合には一つの電
流検出器により得られた直流成分により電圧指令を補正
すれば良く、多相の交流を出力する場合には相数よりも
一つ少ない複数の電流検出器により得られた直流成分に
よって対応する相の電圧指令にそれぞれバイアスをかけ
れば良い。

【００３１】一方、図４に示した直流成分を除去するた
めの要素、すなわち、電流検出器31，41、信号変換器3
2，42、積分器33，43、制限器34，44及び加算器35，45
を図１に示した装置に付加すれば、起動位相のシフト機
能と直流成分の除去機能とを併せ持つこととなり、起動
電流の増大をより確実に抑えることができると共に、突
入電流によって過電流防止装置が働いてしまうことを確
実に防止することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、起動位相を順次変更して起動電流の増大
を抑制することにより、過電流保護回路が働いてしまう
ことを防止することができる。また、連続運転時の直流
電流成分を除去して起動電流の増大を抑制することによ
り、過電流保護回路が働いてしまうことを防止すること
ができ、さらに、変圧器やモータ等の損失を少なくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック
図。

【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明するため
に、起動回数と起動電流との関係を示した線図。

【図３】本発明の第１の実施形態の主要な機能をマイク
ロプロセッサに持たせた場合の具体的処理手順を示すフ
ローチャート。

【図４】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック
図。

【図５】一般的なインバータ装置の適用例を示す系統
図。

【図６】従来のインバータ装置の構成を示すブロック
図。

【図７】従来のインバータ装置の動作を説明するため
に、起動回数と起動電流との関係を示した線図。

【符号の説明】

１インバータ装置２変圧器３モータ１３Ｖ／Ｆ変換器１４，３３，４３積分器１５波形発生器１６乗算器１７変調器１８電力変換器２１回転方向記憶器２２起動位相設定器２３，２４位相シフト量記憶器２５起動位相記憶器３２，４２信号変換器３５，４５加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数要求と電圧要求とに比例する振幅指
令を生成する振幅指令生成手段と、前記周波数要求を積
分して位相指令を出力する積分手段と、前記位相指令に
対応する位相を持った正弦波信号を含み、互いに一定値
だけ位相が異なる多相の正弦波信号を発生する波形発生
手段と、前記各正弦波信号と前記振幅指令とを乗算して
多相の電圧指令を出力する乗算手段と、前記電圧指令に
従って直流を交流に変換するためのインバータ回路を制
御する変調器とを有するインバータ装置において、前記インバータ回路が電圧出力を開始する時点の前記位
相指令を起動位相として記憶する起動位相記憶手段と、
起動位相をシフトさせる位相シフト量を記憶する位相シ
フト量記憶手段と、前記起動位相記憶手段に記憶された
前回の起動位相と前記位相シフト量記憶手段に記憶され
た位相シフト量とを加算し、得られた値を前記積分手段
が出力する今回の位相指令の初期値とする起動位相設定
手段とを備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】前記周波数要求に対応して定まる回転方向
を記憶する回転方向記憶手段を備え、前記位相シフト量
記憶手段は前回と同一方向に回転させる場合の第１の位
相シフト量と前回と逆方向に回転させる場合の第２の位
相シフト量とを記憶するものであり、前記起動位相設定
手段は今回の回転方向が前回と同一のとき前記第１の位
相シフト量を前記起動位相記憶手段に記憶された起動位
相と加算し、今回の回転方向が前回と逆のとき前記第２
の位相シフト量を前記起動位相記憶手段に記憶された起
動位相と加算し、それぞれ加算して得られた値を前記積
分手段が出力する今回の位相指令の初期値とすることを
特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】前記第１の位相シフト量は略１８０度であ
り、前記第２の位相シフト量は略１２０度であることを
特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】周波数要求と電圧要求とに比例する振幅指
令を生成する振幅指令生成手段と、前記周波数要求を積
分して位相指令を出力する積分手段と、前記位相指令に
対応する位相を持った正弦波信号を含み、互いに一定値
だけ位相が異なる多相の正弦波信号を発生する波形発生
手段と、前記各正弦波信号と前記振幅指令とを乗算して
多相の電圧指令を出力する乗算手段と、前記電圧指令に
従って直流を交流に変換するためのインバータ回路を制
御する変調器とを有するインバータ装置において、前記インバータ回路から出力される相電流のうち、いず
れか一つの相電流を除く他の相電流をそれぞれ検出する
電流検出手段と、検出された相電流をそれぞれ積分して
直流電流成分を検出する直流分検出手段と、検出された
直流分を除去するように対応する相の前記電圧指令を補
正する電圧指令補正手段とを備えたことを特徴とするイ
ンバータ装置。
【請求項５】前記インバータ回路から出力される相電流
のうち、いずれか一つの相電流を除く他の相電流をそれ
ぞれ検出する電流検出手段と、検出された相電流をそれ
ぞれ積分して直流電流成分を検出する直流分検出手段
と、検出された直流電流成分を除去するように対応する
相の前記電圧指令を補正する電圧指令補正手段とを備え
たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
インバータ装置。