JPS59175383A - インバ−タ装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は誘導電動機等の交流両割機を制御駆動するため
に用いるインバータ装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、インバータ装置で交流可動機、例えば誘導電動
機を可変速制御する場合には、第１図の直線Ａにて示す
ようにインバータ出力電圧■と出力周波数ｆの比率、い
わゆるＶ／Ｆ比を略一定に制御することにより、誘導電
動機の磁束を一定になるようにして磁束の飽和を防ぐこ
とが行われている。また低周波域における誘導電動機の
一次巻線インピーダンス降下による励磁電圧低下に伴な
う誘導電動機出力トルクの低減を防ぐために、第１図の
曲線Ｂにて示すようにインバータ装置の出力特性を考慮
して制御することも行われている。そして、これら２つ
の制御方法は誘導電動機の負荷が回転数によらず一定（
いわゆる定トルク負荷特性）の場合には非富に有効的な
方法である。

一方、ファン、プロア、ポンプ等の負荷を誘導電動機で
駆動する場合は、その負荷トルク特性が回転数の二乗に
比例する（いわゆる二乗トルク負荷特性）ものが多いた
め、第１図の曲線Ｃに示すようにインバータ装置の出力
電圧■を出力周波数ｆの二乗に比例させて制牌すること
により、誘導電動機の励磁電流の低温と、これに起因す
る騒音の低減を図ることが多く行われている。

さらに１上述したインバータ装置の出力電圧■と出力周
波数ｆの関係を予め設定し、インバータ装置の運転中は
誘導電動機の負荷の種類に応じて、自動的に第１図のＡ
、Ｃのいずれかの特性を選択して制御することも行われ
ている。

〔背景技術の問題点〕

然乍ら、例えば一般に二乗トルク負荷特性に対して有効
であると言われている曲線Ｃに従って誘導電動機が制御
駆動されていても、誘導゛電動機の励磁電流の電圧依存
特性は個々の誘導雷動機によって異なるため、誘導電動
機の種類つまり励磁電流の電圧依存特性が異なると１画
一的な曲線Ｃでは上述した十分効果的な制御を行うこと
ができず、結果としてインバータ装置による誘動電動機
駆動に特有の運転騒音および振動が発生するという間粗
がある１、 〔発明の目的〕 本発明は上記のような間組を解決するために成されたも
ので、その目的は負荷や適用する交゛流電動機の特性が
異なっても電動機への印加電圧を必要最小値としてその
駆動に特有な運転師音および振動を小さく抑えることが
可能なインバータ装置を掃供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、インバータの負
荷電流である交流電動機の負荷電流を検出し、これが最
小となるようにインバータの出力電圧を自動的に補正制
御することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第２図は、本発明によるインバータ装置の構成例をブロ
ック的に示したものである。

図において、１は商用重態２の出力である交流電圧を直
流電圧に変換する曲流変換器、３はトランジスタ咎の第
１のスイッチング素子がら成り、上記直流電圧を交流電
圧に変換するインバータで、その出力Ｎ田を負荷として
のファン４が軸曲結された交流電動機としての誘４１Ｍ
動醗５へ供給する。また、６は上記直流変換器１とイン
バータ３との間の正電位ラインに設けられたトランジス
タ等の第２のスイッチング素子、７は平滑コンデンサで
ある。

一方、８はその出カッ４ルスにより上記棺１のスイッチ
ング素子の導通タイミングを制御して、インバータ３の
出力周波数を周波数設定器９で設定された周波数に制御
する周波数制御器である。また、１ｏは上記周波数制御
器８がらの出力パルスを入力とする関数発生器で、上記
出力／４’ルスに基づく出力周波数に対応した出力Ｎ田
となるよりなＶ／Ｆ比の関数出力を発生する。

１ノはこの関数発生器１ｏの出力信号と後述する補正電
圧信号とを加減する加減算器で、その出力をＤ／Ａ変換
器１２に入力してアナログ信号に変換する。１３は上記
インパーク３の出力電圧である負荷電圧を検出する負荷
電圧検出器、１４はダイオード１５を介して出力される
上記負荷電圧検出器１３の出力信号と、上記Ｄ／Ａ変換
器１２の出力信号とを加減算する加減算器、１６はこの
加減算器１４の出力を入力とするチョッパ制御器で、こ
の偏差分が零となるよ′うに上記第２のスイッチング素
子６の導通タイミングを制御して上記インバータ３の出
力電圧を制御するようにしている。ここで、関数発生器
１０と、Ｄ／Ａ変換器１２と、チョッパ制御器１６とか
ら電圧制御器を構成している。

一方、１７は上記インバータ３の出力電流である負荷電
流を検出する負荷電流検出器、１８はダイオード１９を
介して出力されＡ／Ｄ変換器２０でデジタル信号に変換
された上記負荷電流検出器１７の出力信号を入力とする
補正信号発生器で、上記負荷電流が最小となるように補
正電圧信号を上記電圧制御器の加減粘４．器１１に与え
るようにしている１、 次に、かかるインバータ装置の作用について述べる。ま
ず、商用電源２の交流電圧は直流変換器１で直流電圧に
変換される。この変換された直流電、田は、第２のスイ
ッチング素子６で断続され且つ平滑コンデンサ７で平滑
され、インバータ３の交流出力電圧に対応した大きさの
直流電圧に制御される。この直流電圧はインバータ３に
より、周波数設定器９で設定された周波数に相当する交
流電圧に変換されて誘導電動機５へ供給される。

一方、周波数設定器９で設定された周波数信号は、周波
数制御器８によりパルスに変換されインバータ３にその
制御信号として与えられる。

インバータ３が三相ブリッジで構成されている場合は、
入力されたパルスの周波数の１／６の周波数を有する交
流電圧が、インバータ３の出力電圧として現われる。ま
た周波数制御器８の出力パルスは、関数発生器１０、加
減算器１１およびＤ／Ａ変換器１２を経由してアナログ
信号に変換される。この場合、補正信号発生器１８の出
力が零の場合、関数発生器１０は入力されるパルスの周
波数をＤ／Ａ変換器１２の出力信号が、例えば第１図の
直線Ｂに示すＶ−ｆ関係を与えるようなデジタル信号に
関数変換を行なう。然る場合は、インバータ３の出力電
圧がトランス１３で検出されダイオード１５で整流され
て加温算器１４へ入力されているので、上記Ｄ／Ａ変換
器１２の出力（チョツノ４制ａ器の指令値）と比較され
、その偏差分が加減算器１４の出力としてチョッパ制御
器１６へ入力される。すると、チョツ・ぐ制御器１６は
この偏差分が零となるように第２のスイッチング素子６
を制ａすることにより、インバータ３の出力電圧と周波
数の関係は第１図の直線Ｂで示すように自動的に制卸さ
れる。

さて、今仮りに上記インバータ３の負荷電流を検出する
負荷電流検出器１７の出力信号が加えられる補正信号発
生器１８が、←）の補正値信号を出力した場合には、加
減算器１１の出力は関数発生器１θの出力信号の値から
、補正信号発生器１８の補正値を差引いた値がＤ／Ａ変
換器１２へ入力されるため、上述したチョッパ制御器１
６の作用によりインバータ３の出力電圧は、第１図の曲
線Ｂに示ＴＶ−ｆ関係の電圧値より補正信号発生器１８
の補正値分だけ低い電圧値となる。（第１図では出力電
圧が■１からＶ。

に変化したことで示す。） 第３図は、この場合に誘導電動機５に流れる市原の変化
を示したものである。図において、■、はインバータ３
の出力電圧が第１図に示す■１の場合の誘導電動機５の
負荷電流、同様に■、はインバータ３の出力電圧がｖ２
の場合の誘導電動機５の負荷電流を夫々示すものである
。

誘導電動機５がファン４のような二乗トルク負荷特性の
負荷を駆動している場合には、出力電圧Ｖ、が適当な値
であれば負荷電流工、はＩ。

よりも小さくなる。その理由は、負荷電流を実効電流と
励磁電流に分けてみれば容易に理解できる。第３図では
、夫々ＩＯ１＋ＩＱ！およびＩＬ、、ＩＬ、が負荷電流
１１および工！の励磁電流と実効電流として示している
。即ち、誘導電動機５の励ｆｉＢ電流はインバータ３の
出力電圧が■、からｖ２になると、第４図に示すように
磁性材料の非線形特性のためＫＩ。、からＩ。。

へと大きく減少する。これに対し、実効電流は電圧の減
少に反比例してＩＬ、−からＩＬ、へ増加するが、この
合成された負荷電流はＩ、からＩ２へと減少するわけで
ある。この負荷電流は、負荷電流検出器１７で検出され
ダイオード１９で直流信号となり、さらにＡ、／Ｄ変換
器２０でデジタル値に変換されて補正信号発生器１８に
入力される。補正信号発生器１８は、補正電圧信号を出
力する前の負荷電流工、を記憶しておき、補正背圧信号
を出力した後の負荷電流Ｉ、とその大小を比較する。上
述の例ではＩ、）Ｉ、であるため、補正信号発生器１８
はさらに大きな補正係号を出力する。

その結果、インバータ３の出力電圧はｙｌしｉに示すよ
う妬■３となり、負荷″ば流■、は同図（第３図の場合
はＩ、（Ｉ、）に示すように■！よりも大きくなってい
る。これは、Ｉ３の励磁電流Ｉ。３の減少程度が第４図
に示すように少なくなり、第３図かられかるように実効
電、流ＩＬ３の増加分が無視できなくなり反って負特電
流が増加したことになる。つぎに、補正信号発生器１８
はこの負荷電流■３とその前の負荷電流Ｉ２とを比軟し
てＩ、＜Ｉ、であることを検出し、補正電圧信号の大き
さをｖ２に相当する補正信号値に変更する。ここで、補
正信号値の変化量を小さくすれば、周波数設定器９で設
定されたインバータ３の出力周波数ｆ１における誘導電
動機５の負荷電流を最小にするインバータ３の出力電圧
を検出することができることは容易に理解できる。

このように、本インバータ装酷は交流電圧を直流電圧に
変換する直流変換器１と、第１のスイッチング素子から
成り前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ３と
、前記直流変換器１とインパーク３との間に設けられた
第２のスイッチング素子６と、前記第１のスイッチング
素子の導通タイミングを制御して前記インバータ３の出
力周波数を周波数設定器９の設定値に制御する周波数制
御器８と、前記出力周波数に対応して前記第２のスイッ
チング素子６の導通タイミングを制御して前記インバー
タ３の出力電圧を所定値に制御する関数発生器ｉｏ、チ
ョッパ制袖器１６より成る電圧制御器と、前記インバー
タ３の負荷電、流を検出する負荷電流検出器１７と、前
記負荷電流を基に該負荷電流が最小と々るように補正電
圧信号を前記電圧制御器に与える補正信号発生器１８と
から構成したものである。

従って、インバータ３の負荷電流である誘導電動機５の
負荷電流が最小となるように１インバータ３の出力電圧
が自動的に補正制御されるので、誘導電動機５への印加
電圧を必要岐小値とすることが可能となる。もって、誘
導電動機５０種類が異なって励磁電流の電圧依存特性が
個々の誘導電動機で異なっても効果的に誘導相！ｋＩＩ
機５を制御駆動するすなわち画一な特性（第１図のＡ、
Ｂ、Ｃ）では得られない個々の誘導電動機に最適な制１
ｆ１１］運転を行なうことができ、インバータ装置によ
る誘導電動機駆動に特有の運転騨音及び振動を小さく抑
えることができ、さらに運転効率をも改善することがで
きる。

尚、上記実施例では補正信号発生器１８は、入力信号、
出力信号共にデジタル値で動作する機能を有しているが
、これはマイクロコンピュータ等を使用しても容易に実
現することができる。第５図は、マイクロコンピュータ
を用いた場合の動作のフローチャート図を示すものであ
る。図において、マイクロコンピュータは誘導電動機５
の負荷電流Ｉｎを−Ａ／Ｄ変換器２０の出力から読取り
、これを前回読込んでいた負荷電流工ｎ−＋と比較し、
その結果に基づいて補正電圧信号Δ■または−ΔＶを出
力する。この場合、負荷電流に変化がなければ（実際は
デジタル制御であるためＩｎ−Ｉｎ−＋の値がΔ■の補
正電圧信号値の変化に対して十分な値以下になれば）補
正電圧信号は出力しない。なお制御効果待ちは、補正電
圧信号Δ■が出力された後にその効果が誘導電動機５の
負荷電流変化となって現われるまでの時間、およびイン
バータ装置と誘導Ｎ動機５およびファン４から成るシス
テムの安定度等を考慮して決められる待ち時間制御であ
る。

また、上記実施例では補正信号発生器１８が機能しない
場合のインバータ装置の出力電ＦＥＶと出力周波数ｆの
関係な１第１図の直線Ｂを例にとって述べたが、これに
限らず直線人または曲線Ｃのような任意の関係線を用い
ても同様の効果を得ることができる。

さらに、上記で補正信号発生器１８をマイクロコンピュ
ータで実現する場合、その能力によっては上述したイン
バータ装置の制御器の全てを包含割肌することも可能で
ある。

さらにまた、上記実施例では直流電圧を得るのに直流変
換器１およびスイッチング素子（トランジスタ）６を用
いたが、スイッチング素子６を用いずに直流変換器１の
構成要素としてサイリスクを使用し、チョッパ制御器１
６をサイリスタ位相制御器に置換しても間柱の効果が得
られるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、インバータの負荷
電流である交流電動機の負荷電流妙５最小となるように
インバータの出力電圧を目間１的に補正制御するように
したので、交流電動機の特性が異なっても電動機への印
加電圧を必要最小値としてその駆動に特有な運転騒音お
よび小さく抑えることが可能な極めて信頼性の高いイン
バータ装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータ装置の出力電圧と出力周波数を示す
図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第３
図および第４図は本発明の詳細な説明するための特性図
、第５図は本発明の他の実施例を示すフローチャート図
である。 １・・・心流変換器、３・・・インバータ、５・・・誘
導室ｗＪ機、６・・・スイッチング素子、８・・・周波
数制剖器、１０・・・関数発生器、１１．１４・・・加
減算器、１２・・・Ｄ／Ａ変換器、１３・・・負荷電、
圧検出器、１６・・・チョッパ制御器、１７川負荷電流
検出器、１８・・・補正信号発生器、２ｏ・・・Ａ／Ｄ
　ｆ換器。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦イｉ’３１’
、χ（ レジ１）５〉６まコヒ１１１１ン１ηＬ　　　　−第４
図 μだ四′ｇ１．；Ｌ イｒ（５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電圧を直流電圧に変換する直流変換器と、第１のス
   イッチング素子から成り前記＠流山圧を交流電圧に変換
   するインバータと、前記ｈ　ｍ’、　変換器とインバー
   タとの間に設けられた第２のスイッチング素子と、前記
   ｍｌのスイッチング素子の導通タイミングを制御して前
   記インバータの出力周波数を所定値に制御する周波数制
   御器と、前記出力周波数に対応して前記第２のスイッチ
   ング素子の導通タイミングを制御して前記インバータの
   出力電圧を所定値に制御する市圧制碑器と、前記インバ
   ータの負荷電流を検出する負荷電流検出器と、前記負荷
   電流を基に該負荷電流が最小となるように補正電圧信号
   を前記電圧制御器に与える補正信号発生手段とを具備し
   て成ることを特徴とするインバータ装置。