JPS59198897A - 交流電動機用電力変換器 - Google Patents

交流電動機用電力変換器

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JPS59198897A
JPS59198897A JP58074253A JP7425383A JPS59198897A JP S59198897 A JPS59198897 A JP S59198897A JP 58074253 A JP58074253 A JP 58074253A JP 7425383 A JP7425383 A JP 7425383A JP S59198897 A JPS59198897 A JP S59198897A
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JP
Japan
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inverter
chopper
frequency
circuit
motor
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JP58074253A
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English (en)
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Takeaki Asaeda
健明 朝枝
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0027Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the speed
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    • H02P2201/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/09Boost converter, i.e. DC-DC step up converter increasing the voltage between the supply and the inverter driving the motor

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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】 この発明は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機
を駆動する電力変換器に関する。
従来この種の装置として第1図に示すものがあった。l
は直流電源、2はこの直流電源1の内部抵抗、3は上記
直流電源1から配線されたケーブルあるいは導体のイン
ダクタンス、4は上記直流電源1の両端に接続されたコ
ンデンサ、5はこのコンデンサ4に並列接続され、トラ
ンジスタで構成されるインバータ、6はこのインバータ
5により駆動される交流電動機(以下電動機と称す)、
7は上記インバータ5の電圧及び周波数を制御する高周
波変調回路(以下PWM回路と称す)、8はこのPWM
回路7の出力信号にもとづき上記インバータ5をオン・
オフするヘース駆動回路である。
次にこの従来装置の動作を説明する。PWM回路7は入
力信号である速度信号である速度指令Nrefに従い、
インバータ5の周波数fOと出力電圧VoをV o /
 f o L、一定となるように変調信号をベース駆動
回路8出力し、このインバータ5のトランジスタをオン
・オフ制御する。この結果、電動機6の磁束はほぼ一定
となる。今、電動機6の負荷を図示していないが、ポン
プ、ファン、あるいはプロペラなどとすると、その負荷
トルク特性は第2図(横軸は回転数、即ち、速度指令N
r e f)のようになる。即ち、トルクは回転数の2
乗に、出力は回転数の3乗に比例する。したがって、イ
ンハーク5の直流電流1 d’は、直流電源1の直流電
圧がほぼ一定であるとすると、回転数の3乗に比例して
変化する。直流電源1の内部抵抗2が大きい場合には、
負荷が増加すると、直流電源1の出力電圧Vdは図示の
ように降下し、直流電流I d = I d’は回転数
の3乗比例よりも増加する。インバータ5の容量は、直
流電源1の出力電圧Vdの最大値(Vd:max)X直
流電流の最大値(Idmax)に比例する。前記したイ
ンバータの出力電圧Voおよび周波数foば図示のよう
に回転数に比例する。
従来の交流電動機の電力変換器は以上のように/ 構成されているので、インバータ5の容量は回転数の3
乗に比例することになり、容量として大きなものが必要
であった。また、回転数の低い領域では一般に、PWM
回路7の変調周波数を大きくしてインバータ5の出力電
流のリップルを低減させるが、変調周波数を大きくする
と、インバータ5の出力周波数fOが大きくなり、磁束
を一定にするためには出力電圧Voを大きくしなければ
ならない。そのため、直流型#1の直流電圧Vdが増大
するから、変調周波数をさらに増大しなければならない
。このとき、インバータ5のスイッチング時の電圧変化
幅も大きくなるために、スイッチング損失が増大するな
どの欠点があった。
この発明は、上記した従来装置の欠点を除去し、インバ
ータの容量を低減し、かつ、インバータのスイッチング
損失を小さくして効率を向上させることを目的とするも
ので、その構成は、直流電源側に昇圧チョッパーを接続
し、交流電動機の速度判別手段から出力される低速度信
号により作動され、インバータを制御する高周波変調手
段と、高速度信号により作動され、該昇圧チョッパーを
制御するチョッパー制御手段とインバータを制御する周
波数制御手段を有することを特徴とする。
以下、本発明の一実施例を説明する。第3図において、
1〜6の符号の構成要素は第1図のものと同一である。
30はトランジスタ31とダイオード32からなる昇圧
チョッパー、33は速度指令Nrefのレベルを判別す
る比較器、34は低速時に動作するPWM回路、35は
高速時に動作する回路で、PWM回路34のように電圧
制御機能はなく、周波数制御機能のみを有する回路(以
下PAM回路と称する)、36は高速時に動作するチョ
ッパ制御回路、37はチョッパートランジスタ31のベ
ース電流を発生するベース駆動回路、38はインバータ
5のベース駆動回路である。
の基準レベルをN c o m pとすると、Nref
<N c o m pの低速度領域では、チョッパ制御
回路36とPAM回路35は動作せず、PWM回路34
のみが動作して、ベース駆動回路38を介してインバー
タ5は出方電圧Voと周波数foの比V o / f 
oが一定になるようにPWM制御を行う。このときチョ
ッパートランジスタ31はオフになっている。このとき
のインバータ(三相ブリッジ構成)5の出力電圧波形は
第5図fa)のようになる。出力電圧Voのピーク値は
、インバータ5の入力直流電圧Vd’と等しい。
次にNref>Ncompの高速度領域では、逆にPW
M回路34は動作せず、チョッパ制御回路36とPAM
回路35が動作する。チョッパ制御回路36の信号によ
りベース駆動回路37を介して、チョッパートランジス
タ31ばオン・オフ動作を行う。この動作波形を第6図
に示す。トランジスタ31のオン信号が第6図(a)の
ように発生すると、入力直流電流Idは、第6図(bl
のように、配線のインダクタンス3により決るd i 
/ d tで増加する。次にトランジスタ31がオフす
ると、ダイオード32を介し、インダクタンス3に蓄え
られたエネルギーがコンデンサ4側へ放出されるから、
入力直流電流Idは減少する。このように入力直流電流
Idはトランジスタ31のオン・オーツにより脈動し、
トランジスタ31のオフ期間の入力直流電流値が出力直
流電流1 d”になる。この出力直流電流Idの平均値
はインバータ5の入力電流1dと等しく、出力電流1 
d”のり、プル分はコンデンサ4に吸収される。トラン
ジスタ31のコレクタ電圧Vd及びダイオード32の出
力電流は第6図(C)、(d)のようになる。
この昇圧チョッパーの動作は次のような関係式にまとめ
られる。トランジスタ31のデユーティ−比には、 on K=−□ ton+toff 出力直流電流Id″は上記のように、 off I d=          I d−(1−k)  
I dton+toff Vd−1d=Vd’・ I d”であるが−ら、Vd Vd’−□ ・・・・・・(1) −k (1)式の微少変化分を考慮すると、 V d’・Δに ΔV d’ζ□ ■ −に となり、チョッパー30の出力電圧Vd’はデユーティ
−比kに比例して変化する。したがって、速度指令Nr
efの増加にしたがい、デユーティ−比kを増加させる
ことにより、インバータ5の入力電圧Vd’は増加する
一方、インバータ5はPAM回路35により周波数制御
のみ行われる。このときのインバータ5の出力電圧VO
の波形は第5図(b)のようになる。
この場合もPWM制御と同様にピーク値は、インバータ
5の直流入力電圧■d′と等しい。
以上説明した上記実施例による負荷トルク特性を第4図
に示す。Nr e f >Nc ompの高速領域では
、インバータ5の出力電圧■0の大きさば昇圧チョッパ
ー30によって制御される。このときインバータ5の入
力電流I d’は速度(指令)に対して2乗に比例して
増加することになる。また、出力電圧V d’は速度指
令Nrefの増加にしたがいトランジスタ31のデユー
ティ−比を増加させることにより増加する。
インバータ容量について従来装置と比較すると、直流電
源の電圧降下分を△Vdとすれば、インハーク5への直
流入力電流の最大値1d’maxは、直流電源1の出力
電圧の最大値をしVdmaxとすると、 ■drlax−△Vd Vdmax の比だけ低下でき、この分、インバータの容量を低減で
きる。
また、Nref≦l’JcOmpの低速領域では、イン
パージ5はPWM制御のみを行い、この場合、入力直流
電圧V d’は従来装置に比べ小さくできるため、高周
波変調(PWM)の周波数も低減でき、インバータ5の
スイッチング時の電圧変化幅も小さくなるから、スイッ
チング損失が低減できる。
上記実施例の交流電動機6は誘導電動機あるいは同期電
動機であってもよく、またインバータ5及びチョッパー
30としてトランジスタを使用したものを示したが、そ
の他にゲートターンオフサイリスタなどの自己消弧形素
あるいは転流回路を有するサイリスクを使用したもので
あってもよい。
また直流電源1としては蓄電池、太陽光電池、燃料電池
、2次電池、あるいはM I−I D発電の直流出力な
どであってもよい。またチョッパー30及びインバータ
5は複数台並列接続され、多重あるいは多相構成にされ
たものであってもよい。またチョッパー30の入力側の
インダクタンスとして配線上のインダクタンスを示した
が、別にリアクトルを追加してもよく、またインバータ
5と電動機6の間に変圧器を接続したものであってもよ
い。
以上説明したように、本発明は、直流電源とインバータ
の間に昇圧チョッパーを接続し、交流電動機の速度判別
手段からの低速度信号によりインバータを高周波変調制
御し、高速度信号により昇圧チョッパーを制御すると共
にインパークを周波数制御するものであるから、低速時
には高周波変調信号によりインバータの出力電圧が制御
され、一方高速時には昇圧チョッパーによりインハーク
の出力電圧が制御される。したがって、インハーりの直
流入力電流は従来装置のものに比べ小さくなるのでイン
バータの容量が小さくなる。また、インバータの入力電
圧も小さくなるから、その出力■0も小さくなり、その
結果出力周波数foもV o / f o =一定の関
係から小さくなり、インバータのスイッチング時のスイ
ッチング損失が小なくなり、インバータの効率が向上す
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の回路図、第2図は第1図の特性図、
第3図は本発明の実施例を示す回路図、第4図は第3図
の特性図、第5図及び第6図は第3図の動作波形図であ
る。 図において、 1−直流電源、5−インバータ、 6−交流電動機、3〇−昇圧チョソバ−33・−比較器
、34−高周波変調回路、35−P A M回路、36
−チヨソバー制御回路、37.38−ベース駆動回路、 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 第1図 1すU70 第3図 第4図 手続補正書(自う0) 1.事件の表示   特願昭 58474255号2、
発明の名称   交流官動機用軍力萼・侠にi3、補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所    東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名
 称  (601)三菱電機株式会社代表者片山仁八部 4、代理人 住 所    東京都千代田区丸の内二丁目2番3号5
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 明細書の第3頁第19行〜第4頁第2行に「変調周波数
を大きくすると、インバータ5の出力周波数fOが大き
くなり、磁束を一定にするためには出力電圧Voを大き
くしなければならない。そのため、」とあるのを「直流
電流Idが小さいため、」と前止する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 直流電源に接続された昇圧チョッパーの出力を交流に変
    換して交流電動機を駆動するインバータ、該交流電動機
    の速度判別手段、この速度判別手段から出力される低速
    度信号により作動され、該インバータを制御する高周波
    変調手段、高速度信号により作動され、該昇圧チジッパ
    ーを制御する 4チヨツパ一制御手段と該インバータを
    制御する周波数制御手段を有することを特徴とする交流
    電動機用電力変換器。
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