JPS60106370A - Ｖｖｖｆインバ−タ - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、インバータ出力変流回路にキャパシタンス
とインダクタンスでなるフィルタを設けて高調波を有効
に除去できるＶＶＶＦインバータに関する。

〔従来技術とその問題点〕

交流電力を整流して得られる直流電力やバッテリーから
の直流電力を所望の電圧と周波数の交流電力に変換する
インバータいわゆるＶＶＶＦインバータは、構造が簡単
で頑丈な誘導電動機を所望の回転速度で運転させるため
の駆動電源として最適である。このようなインバータと
してはパルス幅変調インバータ（以下ではＰＷＭインバ
ータと略称する）が代表的なものであるから、とのＰＷ
Ｍインバータを電源にして３相銹導電動機を駆動すると
きの従来技術とその問題点を以下に記述する。

ＰＷＭインバータの出力周波数には多くの高調波成分が
含まれていることが知られているが、特にパルス幅変調
の搬送波周波数とその整数倍の高調波が強く出力され、
この高調波による脈動電流が誘導電動機に流れ込むと、
この電動機は不快な振動と騒音を発生することが問題罠
なっている。

ところで通常のＰＷＭインバータが３相誘導電動機に交
流電力を供給するとき、３つの相の平衡を保ち正負の対
称性を維持するためには、搬送波周波数はインバータ出
力周波数の３の奇数倍（例えば３，９．１５など）であ
ることがよい。ＰＷＭインバータの出力周波数は一般に
数Ｈ２から数百Ｈ２の範囲内でおるから、搬送波周波数
は数百Ｈ２から数ｋＨｚまで変化することになる。それ
故前述したような高調波を除去するためにリアクトルと
コンデンサでなるフィルタをインバータの出力回路に接
続すると、このフィルタは強い共振周波数を有するので
、上述のようにインバータ出力周波数と一搬送波周波数
とが広い範囲で変化するような場合には、リアクトルと
コンデンサとでなるフィルタを使用することは避けなけ
ればならない。

そこで従来はとのＰＷＭインバータの出力回路には負荷
に直列にリアクトルを設ける方法が実用されているが、
このような直列リアクトルは、高調波を除去する効果が
僅かであるのに、負荷に流れるインバータ出力電流によ
り電圧降下をもたらすという欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を出力する
インバータの出力回路に設置されるインダクタンスとキ
ャパシタンスとでなるフィルタで高調波を除去し、負荷
電動機の振動騒音を低減できるＶＶＶＦインバータを提
供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、ｖｖＶＦインバータの出力周波数とともに
搬送波周波数を変化させることはせずに、搬送波周波数
を当該ＶＶＶＦインバータ出力周波数の最高値よシも十
分に高いほぼ一定の周波数にしておき、これらの周波数
を避けた共振周波数を有するコンデンサとりアクドルで
なるフィルタの使用を可能にし、このフィルタによシ当
該ｖｖ■Ｆインバータの出力回路にあられれる高調波を
有効に除去しようとするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すＶＶＶＦインバータの回
路図であり、この第１図によシ本発明の内容を詳述する
。

第１図において、交流電源に接続されている整流器ＩＫ
よシ交流電力は直流電力に変換されるのであるが、この
直流電力はリップル分を含み脈動しているので、平滑コ
ンデンサ２によシこの脈動を除去する。この平滑された
直流電力はパルス幅変調方式のトランジスタインバータ
３によシ可変電圧可変周波数の交流電力に変換され、誘
導電動機４を所望する速度で駆動する。

本発明に従って、トランジスタインバータ３の交流出力
回路にはりアクドル５とコンデンサ６とで構成されるフ
ィルタ７が接続されていて、当該トランジスタインバー
タ３からの交流出力に含まれている高調波を有効に吸収
するようになっているＯ さらに本発明に従い、このトランジスタインバータ３の
制御は以下に記述するようなされている。

すなわち１１なる速度設定器からは電動機４を所望の速
度で運転するのに適した周波数をインバータ３が出力す
るような速度指令信号が出される。この速度指令信号は
ソフトスタート回路１２に入力し、適当な時間的変化を
有する速度指令信号となって出力し、１３なる関数発生
器と１４なる電圧周波数変換器に与えられる。電圧周波
数変換器１４は速度設定器１１からの速度指令信号を周
波数指令信号に変換出力するものであって、この周波数
指令信号に基づく周波数の交流電力がトランジスタイン
ノく一タ３から出力されることになる。一方、関数発生
器１３は前述の速度指令信号すなわち周波数指令信号を
、この信号と一定の関数関係にある電圧指令信号に変換
するための関数を発生させるためのものでありて、電圧
と周波数との比が常に一定であるような関数にしておく
ことが一般的である。それ故トランジスタインバータ３
の出方周波数が定まればその出力電圧も定まることにな
る。これら関数発生器１３から出力する電圧指令信号と
、電圧周波数変換器１４から出力する周波数指令信号と
は１５なる正弦波発生器に入力し、この正弦波発生器か
らは所望の周波数と振幅の正弦波が出力される。

１７なる一定周波搬送波発振器は常に一定周波数の搬送
波を発振しているのであるが、その周波数はトランジス
タインバータ３が出方する交流電力の周波数最高値よシ
も十分に高い値托しておく。

この搬送波と正弦波発生器１５で得られる正弦波とは変
調回路２５に入力されて変調されるのであるが、この搬
送波の周波数は正弦波の周波数とは無関係に一定である
から、搬送波と正弦波とは同期していないのは轟然であ
フ、非同期であるために高調波の発生など種々の不都合
を生じる。そこで正弦波発生器１５からは一定周波搬送
波発振器１７に対して１６なる同期信号が出されて搬送
波はこの正弦波の１サイクル毎に一複数回（たとえば正
弦波の電気角で３０度ごとなど）強制的に同期させられ
る。

上述のように強制的に同期させられている正弦波と搬送
波とは変調回路２５に入力し、搬送波は正弦波発生器１
５から出力する所望周波数の正弦波で正弦波変調され、
この変調回路２５から出力する正弦波変調されたパルス
はパルス増＠器２６で増幅されたのち、ベース駆動回路
２７に入力し、このベース駆動回路２７の出力がトラン
ジスタインバータ３を構成している各トランジスタをオ
ンオフさせることによシ、所望の電圧と周波数の交流電
力を出力する。

前述したようにトランジスタインバータ３の交流出力回
路にはりアクドル５とコンデンサ６とでなるフィルタ７
が設けられているが、このフィルタ７は強い共振周波数
を有しておシ、リアクトル５のインダクタンスをり、コ
ンデンサ６のキャパシタンスをＣとすれば、共振周波数
Ｆはで示されるのは周知である。ところで本発明におい
ては搬送波周波数は一定であるから１、トランジスタイ
ンバータ３が出力する交流電力の周波教範８７１らびに
搬送波周波数から離れたところにフィルタ７の共振周波
数Ｆがあるようにリアクトル５とコンデンサ６の定数を
選定すれば、高調波の除去に効果があるフィルタ７を、
共振する心配なしに使用することができる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す回路図である。こ
の第２図に図示しているｌｉ流器１、平滑コンデンサ２
゛、トランジスタインバータ３、誘導電動機４ならびに
リアクトル５とコンデンサ６で構成されるフィルタフの
名称・用途・機能は第１図に示す実施例と同じであるか
ら、その説明は省略する。またこのトランジスタインバ
ータ３を制御する制御回路に設けられている速度設定器
１１、ソフトスタート回路１２、関数発生器１３、電圧
周波数変換器１４、正弦波発生器１５の名称・用途・機
能も第１図に示す実施例と同じであシ、その説明も省略
する。

第２図に示す第２の実施例にあっては、搬送波の周波数
はインバータ３が出力する周波数の整数倍になるように
しているけれども、この倍率を切換えて、搬送波周波数
がある限定された周波数範囲にあるようにする。たとえ
ば当該トランジスタインバータ３が出力する最高周波数
が２００）１ｚであるとすると、電圧周波数変換器１４
が出力する２００Ｈｚの周波数指令信号が切換器２０に
与えられると、この切換器２０は倍率１５を選択して、
これを可変周波搬送波発振器２１に伝え、この可変周波
搬送波発振器２１からは３ｋＨｚの搬送波が出力される
ことになる。この可変周波搬送波発振器２１から出力す
る搬送波の周波数範囲が、かシに３ｋＨｚから２．５ｋ
Ｈｚの間であるとすると、上述の周波数指令、信号が１
６６１（Ｚ以下を指令して来ると、倍率１５のままでは
搬送波周波数は２．５　ｋＨｚ以下になってしまうので
、切換器２０が選択する倍率は倍率１５から倍率１８に
切換えられ、搬送波周波数は再び３ｋＨｚとなる。

すなわち切換器２０は電圧周波数変換器１４からの周波
数指令信号に基づいて適切な倍率を選択し、可変周波搬
送波発振器２１が発振する搬送波の周波数が所定範囲内
にあるようにする。このとき切換器２０が選択する倍率
が整数であるならば、正弦波発生器１５から出力される
正弦波と、この搬送波とは常に同期しているので、両者
を強制同期さ誓る必要はない。

上述のよりにして得られる搬送波は変調回路２５におり
て正弦波発生器１５からの正弦波により正弦波変調され
、パルス増幅器２６とペース駆動回路２７を経てインバ
ータ３を構成する各トランジスタをオンオフさせる。

第２図に示す第２の実施例における搬送波の周波数範囲
があまり広くなければ、フィルタフの定数を適切に選定
することによシ、その共振周波数をインバータ３の出力
周波数と搬送波周波数から容易に隔離することができる
。

フィルタ７の共振周波数Ｆは（１）式に示すとおシであ
るから、この共振周波数Ｆをインバータ３の出力周波数
と、搬送波周波数から十分に隔離するべく、極めて高い
周波数を選定することができるが、このようにすると（
１）式からもあきらかなようにキャパシタンスＣとイン
ダクタンスＬの値を小にしなければならないが゛、との
ＬとＣの値をｌ１％さくするととは、＠路の高調波を除
去するフィルタとしての機能を低下させるととＫなる。

そとでフィルタ機能をあまル低下させないために、当該
フィルタ７の共振周波数はインバータ３の出方周波数と
搬送波周波数の間にあるようにし、かつ両者の周波数の
相乗平均値付近となるように選定するのが好ましい。す
なわちインバータ出方の最高周波数をＦ１１搬送波の最
低周波数をＦ２とすると、フィルタ７の共振周波数Ｆは Ｆ”＝　ｆＴ四１丁・曲間・曲間曲・・曲・・曲・・（
２）となるようにすればよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば誘導電動機を駆動するため可変電圧可
変周波数の交流電力を出力するＶＶＶＦインバータ拡、
その搬送波が当該インバータが出力する周波数の最高値
よ）も十分に高い周波数に一定してしまうか、あるいは
ある限定された範囲内でのみ搬送波周波数が変化できる
ようにしておく。このように搬送波周波数を限定するこ
とにょシ、強い＃、振局周波数有するリアクトルとコン
デンサとでなるフィルタが使用できるようにな）、この
フィルタによｐＶＶＶＦインバータが出方する交流に含
まれている高調波を効果的に除去できるので、誘導電動
機が発する不快な振動騒音を大幅に低減させる効果を有
する。

さらに本発明ではｖｖｖｐインバータが出方する交流電
力の周波数が大幅に変化しても、搬送波周波数ははは一
定であるから、インバータ出方周波数が低下するにつれ
て１サイクル当シの搬送波との切フ合いの数が増加し、
低周波領域で出方交流の脈動が増加するのを防止する効
果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すＶＶＶＦインバータの回
路図であシ、第２図も本発明の第２の実施例を示すＶＶ
ＶＦインバータの回路図である。 １・・・整流器、２・・・平滑コンデンサ、３・・・ト
ランジスタインバータ、４・・・誘導電動機、５・・・
リアクトル、６・・・コンデンサ、７・・・フィルタ、
１１・・・速度設定器、１２・・・ソフトスタート回路
、１３・・・関数発生器、１４・・・電圧周波数変換器
、１５・・・正弦波発生器、１６・・・同期信号、１７
・・・一定周波搬送波発振器、２ｏ・・・切換器、２１
・・・可変周波搬送波発振器、２５・・・変調回路、２
６・・・パルス増幅器、２７・・・ベース駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直流電源に接続され、パルスを搬送波に使用して可
   変電圧可変周波数の交流を出力するインバータにおいて
   、前記搬送波の周波数が前記インバータ交流出力の最高
   周波数よシも十分に高く一定な周波数あるいは限定され
   た範囲の周波数を発生する手段と、前記インバータ出力
   周波数の１サイクル毎に複数回搬送波を出力周波数に同
   期させる手段と、前記インバータの交流出力回路に設け
   られるインダクタンスとキャパシタンスでなるフィルタ
   の共振周波数が尭該インバータ出力周波数と搬送波周波
   数を避けるようなされているフィルタとを備えてなるこ
   とを特徴とするＶＶＶＦインバータ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のＶＶＶＦインバータに
   おいて、前記ＶＶＶＦインバータ交流出力の最高周波数
   と搬送波周波数との相乗平均周波数売　ｔ）　シｇ　含
   升　ｌ１ｌ−７Ｊ　ル　ｌ　め　４七　坦　β可　火辷
   　淳を　ｔ　→−１ト　＾　？ｒ　ζ〉めたインダクタ
   シスとキャパシタンスでなるフィルタを備えてなること
   を特徴とするＶＶＶＦインバータ。