JPH1118436A - インバータ装置およびインバータ制御システム装置 - Google Patents
インバータ装置およびインバータ制御システム装置Info
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- JPH1118436A JPH1118436A JP9173419A JP17341997A JPH1118436A JP H1118436 A JPH1118436 A JP H1118436A JP 9173419 A JP9173419 A JP 9173419A JP 17341997 A JP17341997 A JP 17341997A JP H1118436 A JPH1118436 A JP H1118436A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型化され低コストで、さらに低騒音、高効
率、高信頼性の汎用的なインバータ装置を提供するこ
と。 【解決手段】 スイッチング素子、ゲート駆動回路、通
信手段、インバータ制御器、制御用電源回路とを備え、
これらが実装された回路基板および端子台が合成樹脂材
で一体成型された一体形モジュールとして構成される。
率、高信頼性の汎用的なインバータ装置を提供するこ
と。 【解決手段】 スイッチング素子、ゲート駆動回路、通
信手段、インバータ制御器、制御用電源回路とを備え、
これらが実装された回路基板および端子台が合成樹脂材
で一体成型された一体形モジュールとして構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を任意の周
波数で駆動する汎用のユニット化されたインバータ装置
の構成およびその保護、効率化運転制御機能に関するも
のである。
波数で駆動する汎用のユニット化されたインバータ装置
の構成およびその保護、効率化運転制御機能に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、空調機の圧縮機などの電動機を任
意の周波数で駆動するインバータ装置では、例えば、特
開昭６０−２１９９６８号公報に示されているように、
インバータ装置を、主回路、パワートランジスタなどを
個別に設置し、その間をケーブルにて接続して構成して
いた。また、例えば特開平８−９６５３号公報に示され
ているように、順変換部と逆変換部、それに主回路の端
子台とを樹脂モールドにより一体に成形し主回路端子台
一体形モジュールとし、小型化、省配線化を行ってい
た。
意の周波数で駆動するインバータ装置では、例えば、特
開昭６０−２１９９６８号公報に示されているように、
インバータ装置を、主回路、パワートランジスタなどを
個別に設置し、その間をケーブルにて接続して構成して
いた。また、例えば特開平８−９６５３号公報に示され
ているように、順変換部と逆変換部、それに主回路の端
子台とを樹脂モールドにより一体に成形し主回路端子台
一体形モジュールとし、小型化、省配線化を行ってい
た。
【０００３】また、スイッチング素子を加熱から保護す
る装置としては、例えば、特開平７−６７３８９号公報
などに示されているように、インバータ部の温度検出に
より、モータの駆動を停止することにより素子を保護し
ている。また、例えば、特開平７−１９４９４号公報な
どに示されているように、インバータに用いられている
スイッチング素子（ＩＧＢＴ）の近傍に複数の温度セン
サを設け、それらの最大値の温度が、所定値よりも大き
いときには、モータへのトルク指令を制限することによ
りインバータ装置を加熱より保護していた。
る装置としては、例えば、特開平７−６７３８９号公報
などに示されているように、インバータ部の温度検出に
より、モータの駆動を停止することにより素子を保護し
ている。また、例えば、特開平７−１９４９４号公報な
どに示されているように、インバータに用いられている
スイッチング素子（ＩＧＢＴ）の近傍に複数の温度セン
サを設け、それらの最大値の温度が、所定値よりも大き
いときには、モータへのトルク指令を制限することによ
りインバータ装置を加熱より保護していた。
【０００４】また、インバータ装置への入力電圧の変動
によりインバータ出力電圧が変動することにより、トル
ク不足や過電流異常によるトラブルを回避する装置とし
ては、例えば、特開昭６１−９８１６３号公報などによ
り示されているように、インバータ直流入力電圧を設定
周波数に応じた電圧信号を補償する演算回路において出
力電圧を入力直流電圧に反比例させ、入力直流電圧変動
を補償している。また、例えば、特開平６−３１１７８
７号公報などにより示されているように、電源電圧検出
回路の検出出力に応じて補正回路が定格のＶ／Ｆ比率と
なる出力周波数を得るために周波数制御信号を補正し、
出力電圧が定格のＶ／Ｆ比率で決まる電圧となるように
するものである。
によりインバータ出力電圧が変動することにより、トル
ク不足や過電流異常によるトラブルを回避する装置とし
ては、例えば、特開昭６１−９８１６３号公報などによ
り示されているように、インバータ直流入力電圧を設定
周波数に応じた電圧信号を補償する演算回路において出
力電圧を入力直流電圧に反比例させ、入力直流電圧変動
を補償している。また、例えば、特開平６−３１１７８
７号公報などにより示されているように、電源電圧検出
回路の検出出力に応じて補正回路が定格のＶ／Ｆ比率と
なる出力周波数を得るために周波数制御信号を補正し、
出力電圧が定格のＶ／Ｆ比率で決まる電圧となるように
するものである。
【０００５】また、インバータの出力電圧波形が、スイ
ッチング素子の短絡を防止するデッドタイムにより歪む
ことを防止するデッドタイム補償装置としては、例え
ば、特開平７−７９６７号公報などに示されているよう
に、インバータ出力電流を検出しその極性を判別する極
性判別手段を設け、その電流極性に基づいて電圧補正を
加えることによりデッドタイム補償を行う方法が提案さ
れていた。
ッチング素子の短絡を防止するデッドタイムにより歪む
ことを防止するデッドタイム補償装置としては、例え
ば、特開平７−７９６７号公報などに示されているよう
に、インバータ出力電流を検出しその極性を判別する極
性判別手段を設け、その電流極性に基づいて電圧補正を
加えることによりデッドタイム補償を行う方法が提案さ
れていた。
【０００６】いずれの方法も、小型化され、信頼性の高
い、またインバータ装置への入力電源電圧変動、デッド
タイムなどに対応して、安定したインバータ運転を行う
ようなインバータ装置を実現することを目的としてい
る。
い、またインバータ装置への入力電源電圧変動、デッド
タイムなどに対応して、安定したインバータ運転を行う
ようなインバータ装置を実現することを目的としてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなインバータ装置においては、パワートランジスタな
どのスイッチング素子およびその周辺回路のみをモジュ
ール化しており、スイッチング素子へのＰＷＭ信号を生
成するマイコンなどからなる制御装置は別構成となって
いるため、制御装置を別に設置するスペースが必要とな
り、また制御装置とモジュールとの間の接続配線が多数
必要であり、組立工数の増大、信頼性の低下を招いてい
た。
うなインバータ装置においては、パワートランジスタな
どのスイッチング素子およびその周辺回路のみをモジュ
ール化しており、スイッチング素子へのＰＷＭ信号を生
成するマイコンなどからなる制御装置は別構成となって
いるため、制御装置を別に設置するスペースが必要とな
り、また制御装置とモジュールとの間の接続配線が多数
必要であり、組立工数の増大、信頼性の低下を招いてい
た。
【０００８】また、提案されているインバータ装置のス
イッチング素子の保護装置では、サーミスタなどにより
検出された素子の温度の現在値のみに従ってインバータ
出力周波数を制限していたため、例えば、素子の温度が
低下中の場合、周波数制限を解除することが可能な場合
でも、周波数制限をし続けるため、インバータの最大能
力を有効に利用することが不可能であった。
イッチング素子の保護装置では、サーミスタなどにより
検出された素子の温度の現在値のみに従ってインバータ
出力周波数を制限していたため、例えば、素子の温度が
低下中の場合、周波数制限を解除することが可能な場合
でも、周波数制限をし続けるため、インバータの最大能
力を有効に利用することが不可能であった。
【０００９】また、提案されているインバータ装置への
入力電圧の変動の補償装置では、電動機の負荷が増大し
た場合に、検出された入力電源電圧による出力電圧補償
量を加えても、負荷増大による電圧降下によりインバー
タ出力電圧が低下する現象が発生し、トルク不足や過電
流異常が発生していた。
入力電圧の変動の補償装置では、電動機の負荷が増大し
た場合に、検出された入力電源電圧による出力電圧補償
量を加えても、負荷増大による電圧降下によりインバー
タ出力電圧が低下する現象が発生し、トルク不足や過電
流異常が発生していた。
【００１０】また、提案されているインバータのデッド
タイム補償装置では、インバータ出力電流を検出し、そ
れより分かる電流の極性により補償量と補償タイミング
を決定していたため、高精度の電流検出装置を設ける必
要があった。またさらに検出された電流値を用いていた
ため、波形が乱れたときやノイズがのってきた場合の制
御の信頼性に問題があった。
タイム補償装置では、インバータ出力電流を検出し、そ
れより分かる電流の極性により補償量と補償タイミング
を決定していたため、高精度の電流検出装置を設ける必
要があった。またさらに検出された電流値を用いていた
ため、波形が乱れたときやノイズがのってきた場合の制
御の信頼性に問題があった。
【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、小型化、省配線化することによりコストの低減およ
び汎用化に寄与するインバータ装置を提供するととも
に、インバータの温度上昇による素子の保護を行いなが
ら能力を最大限利用し、電源電圧変動と負荷変動に対し
ても安定した駆動を実現し、さらに簡単な構成で出力電
圧波形を整形し、効率上昇、安定な運転を実現すること
を目的とする。
で、小型化、省配線化することによりコストの低減およ
び汎用化に寄与するインバータ装置を提供するととも
に、インバータの温度上昇による素子の保護を行いなが
ら能力を最大限利用し、電源電圧変動と負荷変動に対し
ても安定した駆動を実現し、さらに簡単な構成で出力電
圧波形を整形し、効率上昇、安定な運転を実現すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインバータ装置は、複数個のスイッチング素
子、ゲート駆動回路、制御用マイコン、制御用電源回路
とをそれらの接続配線をも含めて一体化し、モジュール
構成とするものである。
に本発明のインバータ装置は、複数個のスイッチング素
子、ゲート駆動回路、制御用マイコン、制御用電源回路
とをそれらの接続配線をも含めて一体化し、モジュール
構成とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
は、装置を構成する複数個のスイッチング素子、ゲート
駆動回路、インバータ制御器、制御用電源回路とがモジ
ュールとして一体化されているため、それら構成要素を
個別に設置するスペースが不要となり、さらにそれらの
間の配線も不要となるため、システムの小型化および組
立工数の低減が達成され、さらにそれによりシステム装
置の信頼性向上およびコスト低減に寄与することができ
る。
は、装置を構成する複数個のスイッチング素子、ゲート
駆動回路、インバータ制御器、制御用電源回路とがモジ
ュールとして一体化されているため、それら構成要素を
個別に設置するスペースが不要となり、さらにそれらの
間の配線も不要となるため、システムの小型化および組
立工数の低減が達成され、さらにそれによりシステム装
置の信頼性向上およびコスト低減に寄与することができ
る。
【００１４】また、モジュール内部に設置された素子温
度検出手段により検出された温度に従い、さらに素子温
度の上昇、下降に従い、インバータ出力周波数を加減す
ることにより、連続運転を実現しながら素子の加熱によ
る破壊を防止するものである。
度検出手段により検出された温度に従い、さらに素子温
度の上昇、下降に従い、インバータ出力周波数を加減す
ることにより、連続運転を実現しながら素子の加熱によ
る破壊を防止するものである。
【００１５】また、電圧検出手段により検出された直流
電源入力電圧の最小値に従い、インバータ出力電圧を補
正することにより、電源電圧の変動やインバータ装置の
出力負荷による変動によるインバータ装置の出力電圧の
変動を抑え、トルク不足や過電流異常の発生をなくすこ
とができる。
電源入力電圧の最小値に従い、インバータ出力電圧を補
正することにより、電源電圧の変動やインバータ装置の
出力負荷による変動によるインバータ装置の出力電圧の
変動を抑え、トルク不足や過電流異常の発生をなくすこ
とができる。
【００１６】また、あらかじめ定められた補正電圧およ
びその補正電圧を加える位相に従い、インバータの交流
出力電圧波形を補正することにより、出力電流の極性を
検出することなく簡単な構成により安定したデッドタイ
ム補正が行うことができ、インバータ装置の効率を上昇
することができる。
びその補正電圧を加える位相に従い、インバータの交流
出力電圧波形を補正することにより、出力電流の極性を
検出することなく簡単な構成により安定したデッドタイ
ム補正が行うことができ、インバータ装置の効率を上昇
することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明によるインバータ装置の一実施
例を図に基づいて説明する。
例を図に基づいて説明する。
【００１８】図１は本発明によるインバータ装置の一実
施例の外観図である。制御機能も含めたインバータ装置
４の構成要素が、合成樹脂材で一体成型された一体形モ
ジュールであり、上部には、電源入力用端子７、交流出
力端子８、制御通信端子９が備えられ、外部装置との入
出力を行う。
施例の外観図である。制御機能も含めたインバータ装置
４の構成要素が、合成樹脂材で一体成型された一体形モ
ジュールであり、上部には、電源入力用端子７、交流出
力端子８、制御通信端子９が備えられ、外部装置との入
出力を行う。
【００１９】図２は本発明によるインバータ装置の一実
施例のシステム構成図である。交流電源１を整流部２で
整流した後、平滑コンデンサ３により平滑して直流電源
を得る。インバータ装置４は、この直流電源を電源入力
用端子７を介して入力し、システム制御装置５からの周
波数指令を受け、指令された周波数の交流電流を交流出
力端子８を通して出力する。出力された交流により誘導
電動機６を駆動する。
施例のシステム構成図である。交流電源１を整流部２で
整流した後、平滑コンデンサ３により平滑して直流電源
を得る。インバータ装置４は、この直流電源を電源入力
用端子７を介して入力し、システム制御装置５からの周
波数指令を受け、指令された周波数の交流電流を交流出
力端子８を通して出力する。出力された交流により誘導
電動機６を駆動する。
【００２０】インバータ装置４には、直流を交流に変換
するために必要なスイッチング素子ＩＧＢＴ（絶縁ゲー
ト形バイポーラトランジスタ）４０ａ〜４０ｆと、これ
と逆並列接続されたフライホイールダイオード４１ａ〜
４１ｆからなる６個のアームを備え、これらを直流母線
の正極側と負極側の間にブリッジ接続して形成した三相
のインバータ回路で構成されており、また３カ所のトラ
ンジスタ直列接続点から三相交流が出力される。
するために必要なスイッチング素子ＩＧＢＴ（絶縁ゲー
ト形バイポーラトランジスタ）４０ａ〜４０ｆと、これ
と逆並列接続されたフライホイールダイオード４１ａ〜
４１ｆからなる６個のアームを備え、これらを直流母線
の正極側と負極側の間にブリッジ接続して形成した三相
のインバータ回路で構成されており、また３カ所のトラ
ンジスタ直列接続点から三相交流が出力される。
【００２１】インバータ装置４内の通信手段４４は、外
部に設置されたシステム制御装置５から制御通信端子９
を介してシリアル通信により送信されてきた周波数指令
の情報を解読し、その情報をインバータ制御器４３に出
力する。インバータ制御器４３は、その周波数の交流を
出力するために必要なスイッチング素子４０ａ〜４０ｆ
のＯＮ−ＯＦＦ切り換え信号をゲート駆動回路４２に出
力する。スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ切り換えは、
一般的なＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）方式に従い行うが、ここでは詳細説明は省
く。ゲート駆動回路４２は、切り換え信号に従い、スイ
ッチング素子各１ＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを行う。これに
より、交流出力端子８からは、指令された指令周波数に
合った交流が出力される。また、電源回路４６は、イン
バータ制御器４３、ゲート駆動回路４２、通信手段４４
に供給する制御用電源を供給するものである。
部に設置されたシステム制御装置５から制御通信端子９
を介してシリアル通信により送信されてきた周波数指令
の情報を解読し、その情報をインバータ制御器４３に出
力する。インバータ制御器４３は、その周波数の交流を
出力するために必要なスイッチング素子４０ａ〜４０ｆ
のＯＮ−ＯＦＦ切り換え信号をゲート駆動回路４２に出
力する。スイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ切り換えは、
一般的なＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）方式に従い行うが、ここでは詳細説明は省
く。ゲート駆動回路４２は、切り換え信号に従い、スイ
ッチング素子各１ＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを行う。これに
より、交流出力端子８からは、指令された指令周波数に
合った交流が出力される。また、電源回路４６は、イン
バータ制御器４３、ゲート駆動回路４２、通信手段４４
に供給する制御用電源を供給するものである。
【００２２】図３は本発明によるインバータ装置におけ
るインバータ制御器の一実施例のブロック構成図であ
る。通信手段４４から得られた指令周波数情報に基づき
出力電圧演算手段４３４は、あらかじめ定められた周波
数電圧関係式（通常Ｖ／Ｆ特性とよぶ）により出力電圧
指令を演算する。図４に典型的なＶ／Ｆ特性図を示す。
ＰＷＭ演算手段４３０は、演算された指令電圧と指令周
波数に基づいてＰＷＭ方式によるスイッチング素子４０
ａ〜４０ｆの駆動信号を演算し、ゲート駆動回路４２へ
出力する。
るインバータ制御器の一実施例のブロック構成図であ
る。通信手段４４から得られた指令周波数情報に基づき
出力電圧演算手段４３４は、あらかじめ定められた周波
数電圧関係式（通常Ｖ／Ｆ特性とよぶ）により出力電圧
指令を演算する。図４に典型的なＶ／Ｆ特性図を示す。
ＰＷＭ演算手段４３０は、演算された指令電圧と指令周
波数に基づいてＰＷＭ方式によるスイッチング素子４０
ａ〜４０ｆの駆動信号を演算し、ゲート駆動回路４２へ
出力する。
【００２３】図２においてスイッチング素子近傍に設け
られた素子温度検出手段４４は、スイッチング素子４０
ａ〜４０ｆの温度を検出し、その情報をインバータ制御
器４３に出力する。インバータ制御器４３内の加熱判断
手段４３５は、その検出された素子の温度が、予め設定
された所定の温度、例えば１２０℃以上になった場合、
ゲート駆動回路４２への出力を固定して、交流出力を停
止するようにＰＷＭ演算手段４３０に信号を出力する。
これにより、スイッチング素子４０ａ〜４０ｆの加熱に
よる破壊を防止する。また、同時にその異常情報は、通
信手段４４により外部のシステム制御装置５に出力され
る。システム制御装置５は、異常情報を受け、待機状態
に入るなどの異常処理を実施する。
られた素子温度検出手段４４は、スイッチング素子４０
ａ〜４０ｆの温度を検出し、その情報をインバータ制御
器４３に出力する。インバータ制御器４３内の加熱判断
手段４３５は、その検出された素子の温度が、予め設定
された所定の温度、例えば１２０℃以上になった場合、
ゲート駆動回路４２への出力を固定して、交流出力を停
止するようにＰＷＭ演算手段４３０に信号を出力する。
これにより、スイッチング素子４０ａ〜４０ｆの加熱に
よる破壊を防止する。また、同時にその異常情報は、通
信手段４４により外部のシステム制御装置５に出力され
る。システム制御装置５は、異常情報を受け、待機状態
に入るなどの異常処理を実施する。
【００２４】次に本発明によるインバータ制御器４３内
の温度制御手段４３６の作動原理について説明する。温
度制御手段４３６は、検出された素子の温度と、その温
度の変動値を求め、その値から予め設定された予測時
間、例えば１分後の温度に基づいて交流出力周波数を制
御する。図５はその交流出力の周波数制限方法を表した
図である。素子温度予測値がある所定の温度Ｔ０、例え
ば１００℃を超えると共に出力周波数を減少させてい
く。さらに、温度Ｔ１を超えると完全停止する。
の温度制御手段４３６の作動原理について説明する。温
度制御手段４３６は、検出された素子の温度と、その温
度の変動値を求め、その値から予め設定された予測時
間、例えば１分後の温度に基づいて交流出力周波数を制
御する。図５はその交流出力の周波数制限方法を表した
図である。素子温度予測値がある所定の温度Ｔ０、例え
ば１００℃を超えると共に出力周波数を減少させてい
く。さらに、温度Ｔ１を超えると完全停止する。
【００２５】図６に温度制御手段４３６の温度予測原理
を表す温度推移図を示す。例えば、１分前の温度がＴ１
１、現在がＴ１２と計測された場合に、１分後の温度は
直線近似によりＴ１３と推定される。このＴ１３に基づ
き温度制御手段４３６は交流出力の出力周波数を制限す
る。また、１分前の温度がＴ２１、現在がＴ２２と計測
された場合に、１分後の温度は直線近似によりＴ２３と
推定される。このＴ２３に基づき温度制御手段４３６は
交流出力の出力周波数を制限、つまり出力停止する。こ
のように予測された一定時間後の温度に基づき交流出力
を制御することにより、迅速に温度変化に対応した制御
が可能となり、従来の温度の値からのみ制限を加えた場
合に比べて、停止回数が減り、インバータ装置の能力を
最大限に利用することが可能となる。
を表す温度推移図を示す。例えば、１分前の温度がＴ１
１、現在がＴ１２と計測された場合に、１分後の温度は
直線近似によりＴ１３と推定される。このＴ１３に基づ
き温度制御手段４３６は交流出力の出力周波数を制限す
る。また、１分前の温度がＴ２１、現在がＴ２２と計測
された場合に、１分後の温度は直線近似によりＴ２３と
推定される。このＴ２３に基づき温度制御手段４３６は
交流出力の出力周波数を制限、つまり出力停止する。こ
のように予測された一定時間後の温度に基づき交流出力
を制御することにより、迅速に温度変化に対応した制御
が可能となり、従来の温度の値からのみ制限を加えた場
合に比べて、停止回数が減り、インバータ装置の能力を
最大限に利用することが可能となる。
【００２６】次に本発明によるインバータ制御器４３に
おける電源電圧補償の作動原理について説明する。イン
バータ装置４へ電源入力用端子７を介して入力される直
流電源の電圧を検出する電圧検出手段４５の検出電圧出
力はインバータ制御器４３へ入力される。インバータ制
御器４３における最小電圧値検出手段４３２は、直流電
源の電圧の最小電圧値を検出する。電圧偏差演算手段４
３３においては、その最小電圧値をあらかじめ定められ
た基準電圧と比較し、その偏差を出力電圧演算手段４３
４に出力する。出力電圧演算手段４３４は、その直流電
源の電圧が基準電圧との間で偏差を持つ場合にでも、ス
イッチング素子４０ａ〜４０ｆより出力される交流出力
電圧が一定となるように、ゲート駆動回路４２への出力
を調整する。図７は、本インバータ装置４の出力電圧と
出力周波数との間の関係を示す図である。インバータ装
置４の負荷となる誘導電動機６を駆動する場合、一般的
に誘導電動機６の磁気飽和を避けるために、その出力電
圧と出力周波数の比（Ｖ／Ｆ比）を所定の一定値とす
る。これは、直流電源の電圧が、ある所定の値（以降、
基準電圧Ｖｒｅｆと呼ぶ）であるとして、効率が最大と
なるべく設計された比率である。しかし、直流電源の入
力が変動した場合、例えば電圧Ｖｍａｘとなった場合、
通常のインバータ装置では、それに応じて誘導電動機６
への出力電圧は、変動してしまい効率低下、電流増大を
招いていた。それに対し、本発明では、図３に示すよう
に、例えば周波数ｆ１の場合、本来出力したい電圧Ｖ２
となるように（Ｖ２−Ｖ１）分だけ補正を加え、ゲート
駆動回路４２へ出力を加える。ところで、インバータ装
置４の負荷、ここでは誘導電動機６の負荷が増大した場
合、それに応じて出力電圧の電圧降下が発生する。さら
に、同時に整流部２、平滑コンデンサ３により整流され
た直流電源の電圧も一般的に負荷によりそのリップルは
増大する。図８に、その電圧変動の波形図を示す。この
電圧変動の中から計算される平均電圧により補正を加え
た場合、負荷による電圧降下の影響により出力電圧は、
所定のＶ／Ｆ直線よりも低い電圧となる。これに対し、
本発明によるインバータ装置４におけるインバータ制御
器４３は、電圧検出手段４５により検出された検出電圧
の変動の中で、その最小値を最小電圧値検出手段４３２
により求め、その最小電圧値を用いて出力電圧に補正を
加えゲート駆動回路４２を駆動する。これにより、負荷
による電圧降下分を補う形で電圧が出力されるため、電
源電圧変動、負荷変動に対して、常に出力電圧を保ち高
効率のインバータ駆動が可能となる。
おける電源電圧補償の作動原理について説明する。イン
バータ装置４へ電源入力用端子７を介して入力される直
流電源の電圧を検出する電圧検出手段４５の検出電圧出
力はインバータ制御器４３へ入力される。インバータ制
御器４３における最小電圧値検出手段４３２は、直流電
源の電圧の最小電圧値を検出する。電圧偏差演算手段４
３３においては、その最小電圧値をあらかじめ定められ
た基準電圧と比較し、その偏差を出力電圧演算手段４３
４に出力する。出力電圧演算手段４３４は、その直流電
源の電圧が基準電圧との間で偏差を持つ場合にでも、ス
イッチング素子４０ａ〜４０ｆより出力される交流出力
電圧が一定となるように、ゲート駆動回路４２への出力
を調整する。図７は、本インバータ装置４の出力電圧と
出力周波数との間の関係を示す図である。インバータ装
置４の負荷となる誘導電動機６を駆動する場合、一般的
に誘導電動機６の磁気飽和を避けるために、その出力電
圧と出力周波数の比（Ｖ／Ｆ比）を所定の一定値とす
る。これは、直流電源の電圧が、ある所定の値（以降、
基準電圧Ｖｒｅｆと呼ぶ）であるとして、効率が最大と
なるべく設計された比率である。しかし、直流電源の入
力が変動した場合、例えば電圧Ｖｍａｘとなった場合、
通常のインバータ装置では、それに応じて誘導電動機６
への出力電圧は、変動してしまい効率低下、電流増大を
招いていた。それに対し、本発明では、図３に示すよう
に、例えば周波数ｆ１の場合、本来出力したい電圧Ｖ２
となるように（Ｖ２−Ｖ１）分だけ補正を加え、ゲート
駆動回路４２へ出力を加える。ところで、インバータ装
置４の負荷、ここでは誘導電動機６の負荷が増大した場
合、それに応じて出力電圧の電圧降下が発生する。さら
に、同時に整流部２、平滑コンデンサ３により整流され
た直流電源の電圧も一般的に負荷によりそのリップルは
増大する。図８に、その電圧変動の波形図を示す。この
電圧変動の中から計算される平均電圧により補正を加え
た場合、負荷による電圧降下の影響により出力電圧は、
所定のＶ／Ｆ直線よりも低い電圧となる。これに対し、
本発明によるインバータ装置４におけるインバータ制御
器４３は、電圧検出手段４５により検出された検出電圧
の変動の中で、その最小値を最小電圧値検出手段４３２
により求め、その最小電圧値を用いて出力電圧に補正を
加えゲート駆動回路４２を駆動する。これにより、負荷
による電圧降下分を補う形で電圧が出力されるため、電
源電圧変動、負荷変動に対して、常に出力電圧を保ち高
効率のインバータ駆動が可能となる。
【００２７】次に本発明によるインバータ制御器４３に
おけるデッドタイム補償の作動原理について説明する。
このようなＰＷＭ方式のインバータにおいては、スイッ
チング素子４０ａ〜４０ｆからなる上下両アーム素子の
ＯＮ−ＯＦＦ動作により交流電流を作成するが、この上
下両アーム素子の同時ＯＮ状態による短絡を避けるた
め、それぞれのＯＮ−ＯＦＦ状態反転時に前記上下アー
ム素子を共にＯＦＦ状態となす期間（デッドタイム）が
設定されている。この共通ＯＦＦ期間においては、誘導
電動機６の誘導負荷の続流が、誘導負荷とフライホイー
ルダイオード４１ａ〜４１ｆとからなる閉回路を環流す
るため、その電流の流れる方向によって出力電圧の極性
が決まる。これにより、電流Ｉ＜０の場合にはマイナス
の誤差電圧が、逆にＩ＞０の場合には、プラスの誤差電
圧が発生する。これらの関係を図５に示す。これによ
り、インバータ出力電圧波形に歪みが生じ、効率低下、
振動増大の原因となっていた。
おけるデッドタイム補償の作動原理について説明する。
このようなＰＷＭ方式のインバータにおいては、スイッ
チング素子４０ａ〜４０ｆからなる上下両アーム素子の
ＯＮ−ＯＦＦ動作により交流電流を作成するが、この上
下両アーム素子の同時ＯＮ状態による短絡を避けるた
め、それぞれのＯＮ−ＯＦＦ状態反転時に前記上下アー
ム素子を共にＯＦＦ状態となす期間（デッドタイム）が
設定されている。この共通ＯＦＦ期間においては、誘導
電動機６の誘導負荷の続流が、誘導負荷とフライホイー
ルダイオード４１ａ〜４１ｆとからなる閉回路を環流す
るため、その電流の流れる方向によって出力電圧の極性
が決まる。これにより、電流Ｉ＜０の場合にはマイナス
の誤差電圧が、逆にＩ＞０の場合には、プラスの誤差電
圧が発生する。これらの関係を図５に示す。これによ
り、インバータ出力電圧波形に歪みが生じ、効率低下、
振動増大の原因となっていた。
【００２８】これに対し、本実施例のインバータ装置４
では、電流検出用抵抗４７を直流母線に設け、その両端
電圧よりインバータ装置４にて消費される電流値を検出
する電流検出手段４８を持ち、インバータ制御器４３の
補償電圧位相演算手段４３１は、その検出された電流値
に従い出力電圧波形に加える補正値を決定し、さらにＰ
ＷＭ演算手段４３０において波形に補正を加える。図５
に本発明によるインバータ装置の波形発生でのデッドタ
イムによる電圧偏差の発生原理を表した図を示す。誤差
電圧は、出力電流が正の場合に負の誤差電圧、負の場合
には正の誤差電圧というように電流位相に従って誤差電
圧が発生するため、それを相殺するように出力電圧を図
１０のように補正する。つまり、電圧と電流の位相差に
相当する補正位相差のタイミングにて、予め決められた
補正量分を加減することにより、誤差電圧の影響を無く
す。ここで、前記補正位相差は、インバータ負荷によっ
て変動する。そこで、検出された電流値に対し、図１１
に示すような一次の関係式に置き換え補正位相差を決定
する。これにより負荷が変動しても良好な電圧波形を得
ることができる。この方式は、電流の位相を直接計測す
る必要がないため、位相を計測するために必要となるＣ
Ｔなどの高価なセンサなしで、電圧波形生成が行えるた
め、コストの面からも、安定性の面からも有利である。
では、電流検出用抵抗４７を直流母線に設け、その両端
電圧よりインバータ装置４にて消費される電流値を検出
する電流検出手段４８を持ち、インバータ制御器４３の
補償電圧位相演算手段４３１は、その検出された電流値
に従い出力電圧波形に加える補正値を決定し、さらにＰ
ＷＭ演算手段４３０において波形に補正を加える。図５
に本発明によるインバータ装置の波形発生でのデッドタ
イムによる電圧偏差の発生原理を表した図を示す。誤差
電圧は、出力電流が正の場合に負の誤差電圧、負の場合
には正の誤差電圧というように電流位相に従って誤差電
圧が発生するため、それを相殺するように出力電圧を図
１０のように補正する。つまり、電圧と電流の位相差に
相当する補正位相差のタイミングにて、予め決められた
補正量分を加減することにより、誤差電圧の影響を無く
す。ここで、前記補正位相差は、インバータ負荷によっ
て変動する。そこで、検出された電流値に対し、図１１
に示すような一次の関係式に置き換え補正位相差を決定
する。これにより負荷が変動しても良好な電圧波形を得
ることができる。この方式は、電流の位相を直接計測す
る必要がないため、位相を計測するために必要となるＣ
Ｔなどの高価なセンサなしで、電圧波形生成が行えるた
め、コストの面からも、安定性の面からも有利である。
【００２９】また、本発明のインバータ制御器４３およ
び通信手段４４は、専用のハード回路で実現しても、マ
イクロコンピュータを利用したソフトウェアで実現して
もかまわない。
び通信手段４４は、専用のハード回路で実現しても、マ
イクロコンピュータを利用したソフトウェアで実現して
もかまわない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によるインバータ装
置では、スイッチング素子、ゲート駆動回路、通信手
段、インバータ制御器、制御用電源回路とを備え、これ
らが実装された回路基板および端子台が合成樹脂材で一
体成型された一体形モジュールとして構成されているた
め、それら構成要素を個別に設置するスペースが不要と
なり、さらにそれらの間の配線も不要となるため、シス
テムの小型化および組立工数の低減が達成され、さらに
それによりシステム装置の信頼性向上およびコスト低減
に寄与することができる。
置では、スイッチング素子、ゲート駆動回路、通信手
段、インバータ制御器、制御用電源回路とを備え、これ
らが実装された回路基板および端子台が合成樹脂材で一
体成型された一体形モジュールとして構成されているた
め、それら構成要素を個別に設置するスペースが不要と
なり、さらにそれらの間の配線も不要となるため、シス
テムの小型化および組立工数の低減が達成され、さらに
それによりシステム装置の信頼性向上およびコスト低減
に寄与することができる。
【００３１】また、前記スイッチング素子の温度を検出
する素子温度検出手段を備え、その温度検出値とその変
動値に基づき前記交流出力を制限する機能を備えたこと
により、インバータ装置単体でスイッチング素子等の構
成素子を加熱から保護される。
する素子温度検出手段を備え、その温度検出値とその変
動値に基づき前記交流出力を制限する機能を備えたこと
により、インバータ装置単体でスイッチング素子等の構
成素子を加熱から保護される。
【００３２】また、直流電源入力電圧を検出する電圧検
出手段を備え、検出された電圧の最小値に従い交流出力
電圧を補正するため、電源電圧変動、負荷による電圧降
下があっても常に出力電圧は一定となるので、効率運転
が実施され過電流保護の発生が防止される。
出手段を備え、検出された電圧の最小値に従い交流出力
電圧を補正するため、電源電圧変動、負荷による電圧降
下があっても常に出力電圧は一定となるので、効率運転
が実施され過電流保護の発生が防止される。
【００３３】また、インバータ入力電流に対し、あらか
じめ定められた補正電圧およびその補正電圧を加える位
相に従い、インバータの交流出力電圧波形を補正するこ
とにより、出力電流の極性を検出することなく簡単な構
成により安定したデッドタイム補正が行うことができ、
インバータ装置の効率を上昇することができるものであ
る。
じめ定められた補正電圧およびその補正電圧を加える位
相に従い、インバータの交流出力電圧波形を補正するこ
とにより、出力電流の極性を検出することなく簡単な構
成により安定したデッドタイム補正が行うことができ、
インバータ装置の効率を上昇することができるものであ
る。
【図１】本発明によるインバータ装置の一実施例の外観
図
図
【図２】本発明によるインバータ装置の一実施例のシス
テム構成図
テム構成図
【図３】本発明によるインバータ装置のインバータ制御
器のブロック図
器のブロック図
【図４】本発明によるインバータ装置の周波数／電圧関
係を表した特性図
係を表した特性図
【図５】本発明によるインバータ装置の素子温度に対す
る出力周波数の関係を表した特性図
る出力周波数の関係を表した特性図
【図６】本発明によるインバータ装置における素子温度
の予測原理を表した特性図
の予測原理を表した特性図
【図７】本発明によるインバータ装置の電源電圧補正の
原理を表した周波数／電圧特性図
原理を表した周波数／電圧特性図
【図８】本発明によるインバータ装置における直流入力
電源電圧の変動の一例を表した特性図
電源電圧の変動の一例を表した特性図
【図９】本発明によるインバータ装置の波形発生でのデ
ッドタイムによる電圧偏差の発生原理を表した波形図
ッドタイムによる電圧偏差の発生原理を表した波形図
【図１０】本発明によるインバータ装置のデッドタイム
補正方法を表した波形図
補正方法を表した波形図
【図１１】本発明によるインバータ装置の補正位相差演
算手段において演算される補正位相量と電流との間の関
係の一例を示す特性図
算手段において演算される補正位相量と電流との間の関
係の一例を示す特性図
１ 交流電源 ２ 整流部 ３ 平滑コンデンサ ４ インバータ装置 ５ システム制御装置 ６ 誘導電動機 ７ 電源入力用端子 ８ 交流出力端子 ９ 制御通信端子 ４０ａ〜４０ｆ スイッチング素子 ４１ａ〜４１ｆ フライホイールダイオード ４２ ゲート駆動回路 ４３ インバータ制御器 ４４ 通信手段 ４３０ ＰＷＭ演算手段 ４３１ 補正電圧位相演算手段 ４３２ 最小電圧値検出手段 ４３３ 電圧偏差演算手段 ４３４ 出力電圧演算手段 ４３５ 加熱判断手段 ４３６ 温度制御手段
Claims (8)
- 【請求項１】複数個のスイッチング素子、前記スイッチ
ング素子を駆動するゲート駆動回路、外部と指令周波数
などの信号入出力を行う機能を有した通信手段、前記通
信手段により得られた指令周波数の交流を出力するため
の前記ゲート駆動回路への信号を出力するインバータ制
御器、少なくとも前記インバータ制御器に使用する信号
電源を供給する制御用電源回路とを備え、直流電源を入
力として与えられた指令周波数の交流を出力するインバ
ータ装置において、前記スイッチング素子、前記ゲート
駆動回路、前記通信手段、前記インバータ制御器、前記
制御用電源回路が実装された回路基板および端子台が、
合成樹脂材で一体成型された一体形モジュールを用いて
構成したことを特徴とするインバータ装置。 - 【請求項２】前記インバータ制御器が、前記通信手段に
より得られた指令周波数に対し対応した出力電圧を演算
する出力電圧演算手段および前記ゲート駆動回路への出
力信号を演算するＰＷＭ演算手段を備えたことを特徴と
する請求項１記載のインバータ装置。 - 【請求項３】前記スイッチング素子の温度を検出する素
子温度検出手段を備え、前記インバータ制御器が、前記
素子温度検出手段により検出された温度値がある所定値
を越えた場合に異常状態と判断し、前記ＰＷＭ演算手段
に対し交流出力の停止指令を出力し、さらに異常信号を
前記通信手段を通し外部へ送信する機能を有した加熱判
断手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のインバ
ータ装置。 - 【請求項４】前記インバータ制御器が、前記素子温度検
出手段により検出された温度値およびその時間変動に基
づいて、前記ＰＷＭ演算手段に対し交流出力の周波数を
制限する指令を出力する機能を有した温度制御手段を備
えたことを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。 - 【請求項５】直流電源入力電圧を検出する電圧検出手段
を備え、前記インバータ制御器は、検出された電圧の最
小値を演算する最小電圧値検出手段、その最小電圧値と
あらかじめ定められた所定の基準電圧値との偏差を演算
する電圧偏差演算手段とを備え、前記出力電圧演算手段
は、その電圧偏差値を用いて指令周波数により決定され
る出力電圧に補正を加える機能を有することを特徴とす
る請求項２記載のインバータ装置。 - 【請求項６】前記インバータ制御器における前記ＰＷＭ
演算手段は、あらかじめ定められた補正電圧およびその
補正電圧を加える位相値に従い、交流出力電圧波形に補
正を加える機能を有したことを特徴とする請求項２記載
のインバータ装置。 - 【請求項７】直流電源入力電流を検出する電流検出手段
を備え、前記インバータ制御器は、検出された電流値に
従い補正電圧および位相を決定する補正電圧位相演算手
段を有し、前記ＰＷＭ演算手段は決定された補正電圧、
位相に基づき交流出力電圧波形に補正を加えることを特
徴とする請求項２記載のインバータ装置。 - 【請求項８】請求項１〜７記載のインバータ装置と、前
記インバータ装置に対し少なくともインバータの指令周
波数を設定する機能を有したシステム制御装置とを具備
したことを特徴とするインバータ制御システム装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17341997A JP3475727B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | インバータ装置およびインバータ制御システム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17341997A JP3475727B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | インバータ装置およびインバータ制御システム装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1118436A true JPH1118436A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3475727B2 JP3475727B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=15960109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17341997A Expired - Fee Related JP3475727B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | インバータ装置およびインバータ制御システム装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3475727B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004064902A (ja) * | 2002-07-30 | 2004-02-26 | Hitachi Ltd | 同期モータの制御装置とこれを用いた機器 |
| US7456600B1 (en) | 2008-06-24 | 2008-11-25 | System Homes Company, Ltd. | Pulse code width modulation motor drive system |
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| JP2012039783A (ja) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Toshiba Schneider Inverter Corp | インバータ装置 |
| US8129933B2 (en) | 2002-02-25 | 2012-03-06 | Daikin Industries, Ltd. | Motor controlling method and apparatus thereof |
| JP2012210012A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Mitsubishi Electric Corp | パワーモジュール |
| JP2013147126A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Nabtesco Corp | 航空機搭載用モータ駆動制御装置 |
| JP2013179798A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-09 | Panasonic Corp | 送風装置およびそれを搭載した電気機器 |
| WO2016135931A1 (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置及びその制御方法 |
| WO2017195255A1 (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 三菱電機株式会社 | インバータ装置および電圧指令の較正方法 |
| US11056995B2 (en) | 2017-10-27 | 2021-07-06 | System Homes Company, Ltd. | Synchronous motor drive system and synchronous motor drive method |
-
1997
- 1997-06-30 JP JP17341997A patent/JP3475727B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2012039783A (ja) * | 2010-08-09 | 2012-02-23 | Toshiba Schneider Inverter Corp | インバータ装置 |
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| JP3475727B2 (ja) | 2003-12-08 |
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