JPS6077696A - インバ−タ駆動制御装置 - Google Patents

インバ−タ駆動制御装置

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JPS6077696A
JPS6077696A JP58183382A JP18338283A JPS6077696A JP S6077696 A JPS6077696 A JP S6077696A JP 58183382 A JP58183382 A JP 58183382A JP 18338283 A JP18338283 A JP 18338283A JP S6077696 A JPS6077696 A JP S6077696A
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timer
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隆 出口
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角野 政浩
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中 信二
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02P27/047V/F converter, wherein the voltage is controlled proportionally with the frequency

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】 産業上の利用分野 本発明は、エアコン、冷蔵庫等の圧縮機あるいは産業用
の比較的小出力の誘導電動機の駆動制御に適したインバ
ータ駆動制御装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 電動機を駆動するインバータの制御方式には、PAM、
PWM等、いくつかの方式が知られているが、その中で
、正弦波近似不等幅PWM方式が電源の利用率、装置の
軽量小型化、電波雑音発生量の低減、騒音、振動等の面
から優れており、近年、主流となっている。
正弦波近似PWM方式とは第3図、第6図に示すように
、電動機巻線に印加される電圧の積分値を正弦波に近似
するようにPWMアルゴリズムを発生させる方式である
ここで本発明の基盤となる=HALT”方式を従来例と
して説明する。
第1図はインバータシステムのブロック図である。
第1図において、1は商用電源Eから直流を発生する整
流平滑部、2はインバータ、3は電動機、4はインバー
タ駆動制御回路である。
次にエアコン用として構成した一般のインバークンステ
ムの例を第2図に示す。
第2図において、1′は整流平滑部、2′はトランジス
タを使用したインパーク、3′I′i3相の圧縮機、4
′はインバータ駆動制御回路、4aはPWMアルゴリズ
ム発生部、4bはフォトカプラ、4Cはトランジスタの
ベース電流を供給するドライバである。
PWMアルゴリズム発生部4aで作られた信号はフォト
カプラ4bにょシ光絶縁と増幅されてドライバ4cに供
給され、電流増幅した後、インバータ2′に供給され、
圧縮機3′を駆動するものである。インバータ2′は、
上下に対をなす3組ノトランジスタTr1 、Tr2.
Tr3.Tr4.Tr5゜T r 6で構成され、上側
のトランジスタTr Trl ツ 3 ツ T r sと下側のトランジスタTr2.T−r4.T
r6はそれぞれ互いに反転したスイッチング動作を行い
、同時にON動作することはない。
第3図に各トランジスタTr Tr Trl l 2+
 3+ T r4. T rs 、 T reに印加される信号
と、圧縮機3′に印加される電圧波形を示す。
同図において、U、V、 Wはそれぞれのトランジスタ
Tr1.Tr3.Tr5のベース信号を示してい゛る。
i fc、U−V、V−W、W−Ul−1それ(:’i
fE縮機3′の各巻線に印加される電圧波形である。
同図から明らかなように、圧縮機3′に印加される電圧
は、積分すると正弦波に近似するように構成されており
、この電圧パターンの周期が、圧縮機3′の回転数を決
定する。
次にPWMアルゴリズムについて説明する。まず、第4
図に“キャリア″の概念を示す。
第4図において、正弦波の半周期を整数Nで等分する。
このNを゛キャリア″と称し、N等分された周期T0を
6キヤリア周期”と呼ぶ。そしてキャリア周期T0毎に
電圧データをパルス幅として与えれば、第3図のように
アルゴリズムが構成できる。
次に第5図で圧縮機に印加される電圧値について説明す
る。
第6図aに示したアルゴリズムで一定の電圧が発生して
いると仮定する。ここでそれぞれのパルス幅を比例的に
増加すると、第6図すのような波形となり、積分値も比
例して増加する。すなわち、出力電圧■はパルス幅に比
例して増減できる。
次に出力電圧Vを決めるパルス幅と”HALT”につい
て第6図を用いて説明する。 1第6図において、キャ
リア周期T。内に複数個に分割されたデータ領域で時間
があシ、残った時 (間を”HALT”領域と呼ぶ。こ
のHALT領域では電圧データは出力されないようにし
ている。 ′いまキャリア周期T。(1)に対して、デ
ータ領域時間が充分短いと仮定する。この状態を第6図
aに示す。
次に第6図すに示すようにキャリア周期T0を%とじ、
To(2)とする。このときデータ領域時間を一定とす
ると、周波数fは2倍(キャリア周期 FT() : 
!A)、出力電圧■も2倍となる。これはキャリア周期
T。に対する相対的なパルス幅が2倍となるからである
したがってデータ領域時間を一定とし、キャリア周期T
。(1)、 (2)、 (3)を変化させるとこれに反
比列して周波数fが変化し、周波数fに比例して出力電
圧■が増減する。
このV/fパターンの様子を第7図に示す。
このとき゛”HALT”期間も“′データの休止期…”
として変化することになる。
次に第8図によりデータ領域の詳細について説月する。
第6図で説明したデータ領域を整数にで分割し、)割さ
れた基本周期をデータ単位タイマT2とす5oつ[残電
圧はに個の分解能によるロジックくターンに分割され、
その値はデータ単位タイマr2により与えられるととK
なる。
当然のことながら以上説明したキャリアN、おLび整数
にの値が大となればなるほど、圧縮機に印加する電圧を
正弦波に近付けることが目」能とな5わけである。
第8図、において、キャリア周期T0をTo(1)ヒし
、データ単位タイマT2をT2(1)とする。次に第8
図すに示すように、データ単位タイマT2を2倍として
T2(2)とする。このときデータ領域時間(T 2 
X K )は2倍となり、”HALT”時間は相対的に
減少する。そしてこのときの出力電圧Vは2倍となる。
この結果にさらにキャリア周期Toを変化させると、そ
れぞれのV/fパターンは第9図のようになる。
次に第9図において、出力電圧Vが上昇するにしたがっ
て第8図に示す“HALT”領域は減少する。さらに上
昇するとHALT”領域が消滅する点が存在する。圧縮
機印加電圧は平滑、整流された直流電圧値が一定ならこ
の点が限界となる。
したがってこの点板上に周波数fを上昇させる場合は電
圧が頭打ちとなるので定電圧変化となる。
この様子を第10図を用いて説明する。
第10図aのようにHALT”領域をOとし、キャリア
周期T。(3)を整数(データ数)Kで等分割し、デー
タ単位タイマT2(1)を与える。つまりT o (s
)−K x T 2 (1)とする。次に第10図すに
示すように周波数を上けて、キャリア周期T0をTo(
4)とすると、データ単位タイマT2(3)はT。(4
)−K x T 2(3)よ請求められる。このとき、
キャリア周期T。におけるデータ領域時間比はいずれも
同じ寿ので両者とも電圧は一定となる訳である。この様
子を第11図例示す。
次にインバータ出力と、負荷との関連について説明する
インバータ出力は負荷が抵抗負荷ならば、電圧リンダ内
の冷媒の押しのけ量に比例するので、回転数が低いとき
は押しのけ量が少く、回転数の高いときは押しのけ量も
増大する。つまり、周波数fと、出力電圧■は一定の比
例関係が要求される。
しかし、現実の電動機(圧縮機用電動機)は低周波域で
は、鉄損、銅損等が増加するので、第12図に示すよう
に、低周波域では電圧を上方修正するいわゆるブースト
機能が必要となる。
従来例では、キャリア周期T0とデータ単位タイマT2
 をアナログタイマにより構成し、キャリア周期T。に
より周波数を設定し、キャリア周期Toの設定値に応じ
てデータ単位タイマT2に補正を加え、ブーストカーブ
を実現していた。
またこの”HALT″′方式の最大の利点はキャリア周
期T 、データ単位タイマT2 の値を変化させるのみ
で、全周波数領域にわたり、PWMアルゴリズム発生パ
ターンは1周期分だけで実現できることである。
以上が従来例の構成であるが、キャリア周期T。
とデータ単位タイマT2 をアナログタイマで構成する
と、外付は部品でそれぞれのタイマ値の微修正が可能で
あシ、またキャリア周期T。、データ単位タイマT2け
それぞれ独立して調整できる等の利点はあるが、使用周
波数レンジが広範囲になって、かつ、正弦波に一層近似
したい場合には1周波数帯域によりキャリアN、整数(
データ数)Kを切換える必要が生じる。
つまり、低周波域では波形の分解能が荒くなって、波形
が乱れることから、キャリアN、整数(データ数)Kを
大きな値にする必要が生じる。
そして高周波数域ではキャリアN、整数(データ数)K
が大きいと、トランジスタのスイッチングスピードが問
題になり、上下アームのトランジスタT r 1t T
 r 2 + T r s r T r 4 + T 
r 5r T r sの休止時間が比率として大きくな
り、結果として出力電圧が低下する。このことから、キ
ャリアN、整数(データ数)Kとも小さな値を選択する
必要が生じる。
従来例に示すアナログタイマ方式では、キャリア、デー
タ数の変更にともなうPWM発生データそのものの切換
えは、R’OM等の外付はデータエリアを選択すれば良
いが、アナログタイマ2種の切換えは過渡的にスムーズ
に切換えることが困鱈である。キャリア周期T。、デー
タ単位タイマT2が若干でもずれて切換る場合には、−
瞬、目的の周波数、電圧が違う値になったことになり、
圧縮機の過電流7口、り9時にはバヮートランジスクの
破壊につながることもあり、非常に問題がある。
まだアナログタイマの場合は、周波数の温度変化による
ドリント、経年劣化等の信頼性の問題。
システム構成が複雑になり、スペース、信頼性。
コスト等の面で種々の問題点を包含している。
発明の目的 本発明は上記従来の欠点を除去するもので、運転周波数
において正弦波に近付した電圧波形が得られるようにす
ることを目的とするものである。
発明の構成 本発明は前述の”HALT”方式正弦波近似PWM方式
を、デジタル式に論理構成したもので、キャリア周期T
。、データ単位タイマT2を基準発振器から分周するこ
とにより選択し、キャリア。
データ数等の切換信号に対し、PWMデータエリアとと
もに完全に同期切換させ、さらにキャリア周期T。、デ
ータ単位タイマT2 の値を分周値を選ぶことによりそ
れぞれ独立して操作可能としたものである。
実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第13図ないし第19図を用
いて説明する。
第13図は低周波域のブーストを本発明により実現する
V/fパターン図である。
前述のようにv/f勾配はデータ単位タイマT2により
決定され、周波数fはキャリア周期T。により決定され
るので、第12図に示した所望のブーストされた各周波
数の電圧値と、データ単位タイマT (x)との交点を
プロットし、それぞtlの、To−T2の組合せをデー
タとして出方すれば良いことになる。
第14図は’HALT”域が短い領域のデジタル処理に
ついて説明したものである。
データ数Kをここでは6表し、データをD1〜D6と呼
ぶことにする。データ単位タイマをT2どし、キャリア
周期をT。とする。
まず°”HALT”時間がキャリア周期T。より太きい
ときは、第8図に示すように” )i A L T ”
を出力した後、キャリア周期T0の信号待ちとなり、次
のデータD1 は次のキャリア周期T。に同期して出力
される。
次に゛’HALT″′時間がデータ単位タイマT2より
短いうちに次のキャリア周期T。が来た場合は、データ
単位タイマT2 の時間だけHALT”を出力した後デ
ータD1〜D6を出力する。このときデータD −D 
の出力時間はデータ単位タイマ−6 T2の1まとする。
次にデータD6の出力中にキャリア周期T。が来た場合
は、次の“HALT”を出力せず、データD をデータ
単位タイマT2 の期間だけ続けて出力する。この間に
P’WMノぐターンデータのアドレスを次は+2とする
。つまりデータD を飛ばしてアクセスする訳である。
ここでPWMノ(ターンデータは、各”HALT”の前
後のデータつ捷り、データD と次のデータD はあら
かじめ同1 じ論理値となるように決めておく。これで二度目に出力
されたデータDil−j:次のデータD1 と同じため
、あたかも” HA L T ”領域が消滅し、データ
が連続して出力されだのと同じ結果となる訳である。
(以 下 余 白) そして周波数がさらに犬きくなるとHALT”期間は必
ずデータ単位タイマT2 であるが、”HAL T ”
そのものの存在率が下がり、トータルとして” HA 
L T ”期間の比率が下がって電圧が上列する。
さらに電圧が上限に達したときは、’HALT”期間が
完全に消滅し、To−6T2 の関係となる。この状態
はすでに第10図を用いて説明した。
そしてさらに周波数を上げるには、To−6T2の関係
を保った一1壕、キャリア周期Toを短くすれば良い。
以上、本発明のデジタル処理のあら寸しについて説明し
た。
次に本発明による一実施例の具体的な構成について説明
する。
第15図はマイクロコンピュータを使用した回路図であ
る。
第15図において、10はマイクロコンピュータで、そ
の○SC端子には基準発振周波数が入力され、この値を
分周することにより、キャリア周期T0.データ単位タ
イマT2 を発生させる。
50/6014 triシステムのシーケンスタイマヲ
作るだめの商用周波数入力である。圧縮機を駆動するた
めには目標周波数に向けて徐々に周波数を変化させる手
段が必要であるが、この周波数の変更スピードを与える
タイマをこの入力より構成している。fsetは目標周
波数を与える入力で、この人力f88.にセットされた
値に向かって周波数は徐々に近付いてゆく。
第16図は本発明の一実施例の動作を説明する論理構成
図であり、この構成によれば、特にマイクロコンピュー
タを用いなくとも、デジタル回路で構成できる。
第16図において、基準発振入力をシステムクロック部
21で分周し、システムクロック出方をイqる。このシ
ステムクロック部21が、プログラムを実行するととも
にキャリア周期T。、データ単位タイマT2 を作り出
す上で基準となる。システムクロックは、Toタイマ分
局器(タイマカウンタA)22、T2タイマ分周器(タ
イマカウンタB)23に入力され、キャリア周期T。、
データ単位T2が出力される。キャリア周期も、データ
単位タイマT2 の分周値は、コントロール部26によ
り指定され、T2 タイマ分周器23のスタート指令モ
、コントロール部26より指示される。キャリア周期T
0 と、データ単位タイマT2 は割込処理によりコン
トローラ26に入力されアドレスカウンタ24を経由し
てPYMデータを格納したROM2sを順次アクセスし
、コントロール部26によシ指示されるデータラッチ2
8を経由してU。
■、W相のデータを順次出力する。前記ROM25には
、その他、プログラムに必要なデータが収納されており
、コントロール部26の指令により、アドレスカウンタ
24を経由して随時ROM25よりRAM27にデータ
を転送し、制御を行う。
キャリア周期T。、データ単位タイマT2 の分周値は
各周波数に対応してROM25に収められており、コン
トロール部26、アドレスカウンタ24によりROM2
5からRAM27に転送され、T。
タイマ分周器22.T2クィマ分周器23にセットされ
る。商用周波数と周波数fの設定もコントロール部26
に入力され処理される。
システム制御に必要な機能、例えば、冷凍サイクル処理
、セパレートエアコンの室内側制御用マイコンとの通信
処理、四方弁、ファンモータ処理、電流制御、除霜制御
等も同時にコントロール部26で処理されており、これ
らはキャリア周期To、データ単位タイマT2 の制御
の間に時分割処理として制御されている。
次に実施例を実現するフローチャートを第17図と第1
8図および第20図に示す。また第16図に示しだRO
M26のデータ内容を第19図に示す。
キャリア周期TO,データ単位タイマT2 はそれぞれ
ソフトウェアによるマスク可能な割込入力として使用す
る。
第19図に示すROM26内のPWMデータエリアには
、正弦波近似PWM波形が1周期分連続t、テ収納され
テオシ、UH2■H,′wH2UL、■。、WL。
データど、“”HALT”期間を示すHALTデータ、
データ1周期分の終了を示すDATAENDデータがそ
れぞれ割り当てられている。
また実際の波形出力のタイミングを第14図に示す。第
14図はU、V、W相の内の1出力を図示したものであ
る。
第20図はシステムのメインフローチャートである。運
転スタート時にはまず、システム図イニシャライズ処理
を行い、キャリア周期T0.データ単位タイマT2の初
期値を化ノドする。この時点でキャリア周期T。、デー
タ単位タイマT2 はハードウェアタイマであるので動
作を開始する。次にデータ単位タイマT2の割込を可能
とし、以下−膜制御に移る。
第17図にデータ単位タイマT2の処理を示すフローチ
ャートを示す。
最初に第20図に示したようにデータ単位タイマT2の
値は初期値がセットされており、ROMアドレスは第1
9図のP’WMデータの最初に化ノドされている。
次に、データエンドの判定を行う。最初はDATAEN
Dではないので、次にHALT判定を行うここでは最初
のデータであるからN。となシデークを出力する。次に
2番月のデータを読み込む。
この繰返しでデータが順次出力される。データがD6ま
で出力された後は°’HALT”がYesとなり、この
次点で次のキャリア周期T。を判定する。
キャリア周期T。がこの時点で入力されていなければ、
”HALT”を出力し、データ単位タイマT2の割込み
を不可、キャリア周期T。の割込みを町とし、キャリア
周期T。のタイマ待ち状態となる。
次にキャリア周期T。が来ると処理は第18図に示すキ
ャリア周期T0の処理の70−チャートに移る。キャリ
ア周期T。が割シ込み入力として受け付けられると、T
2 タイマ分周器を受付可とし、Toタイマ分周器を受
付不可とする。次にT。
タイマ分周器の過去の割込保留要因を除去する。
ここで次はデータ単位タイマT2 のタイマ待ちとなり
、処理は再び第17図T2 タイマフローチャートに移
る。
次のデータ単位タイマT2が来た時にデータアドレスは
tl となり、HAtTの次のDl が選択され、デー
タエンド、HALTではないのでデータが出力される。
こうして1周期分のデータが次々と出力され、° キャ
リア周期T。およびデータ単位タイマT2の値によシ、
周波数f出力電圧■が決定され、所望のθWMパターン
が得られる。
さて、1周期のデータが全て出力されると、最後にデー
タエンドデータが入っており、ここで次の周期に入る前
に、PWMデータ1周期分の先頭アドレスの指定、デー
タ単位タイマT2.キャリア周期T。の次の初期値をセ
ットする。PWMデータ、キャリア周期T。、データ単
位タイマT2 に変化がなければ、以前と同じデータを
繰返し出力する。キャリア周期T0.データ単位タイマ
T2 を変化させると、PWMパターンは以前と同じま
−まで、周波数fおよび出力電圧Vが、それぞれ変化す
る。
データアドレスの先頭番地を変えると、キャリアN、デ
ータ数Kが異ったPWMパターンを選択することになる
。このデータアドレスの先頭番地、キャリア周期T。、
データ単位タイマT2は、エアコンとしての、能力、電
流、温度設定量について比較、演算し、予めメインルー
チンで決定しておく。
このようにして、エアコンとしてのシステム制御を行い
つつ、正弦波近似不等幅PWM方式のアルゴリズムを発
生し、圧縮機のなめらがな回転数制御を行い得る訳であ
る。
発明の効果 本発明によれば、正弦波近似不等幅PWM方式において
、ROMエリアが少くてすみ、■/fパターンがデータ
単位タイマT2.キャリア周期T。のみの操作で得られ
、しかもなめらがな変化特性を持たし得るという、HA
LT方式においてデジタル値による制御を実現し、しか
も従来のアナログ方式に比較して、キャリア周期T0.
データ単位タイマT2の完全同期切換を実現したという
点で以下の画期的な効果を有するものである。
斗ト−A A−#−、> 、 +l −p mコ妊H甲
 ど h 八41h h 7 −T2が同期して切換え
得るということで、従来のアナログ方式では極めて困難
であった周波数変更途中におけるキャリアとPWMデー
タパターンの切換えが容易に行える。したがってインバ
ータの使用回転数域が、極めて広範囲、高速になり、全
域において、同等の正弦波近似波形が要求されても、要
求通り、対応することが可能となる。
また、負荷による電圧ブーストについてもデルタ単位タ
イマT2 を変化するのみで、PWMデータパターンは
同一で良い。
特にマイクロコンピュータを用いてシステム制御に含め
て制御することにより、現在の回転状態状況は、特別な
帰還を必要とすることなく、判断でき、システムとして
より合理的な制御ができる。
捷だ、同一の基準周波数を用いて、キャリアJ4j期丁
。、データ単位タイマT2 を合成しているので、アナ
ログタイマに見られるような相互の誤差は全くなく、周
波数、電圧とも精度の高い制御が可能となる。
し、省スペース、コストダウンが可能になる等、種々の
効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来一般のインバータシステムのブロック図、
第2図は一般のエアコン用イ/バータシステムのブロッ
ク図、第3図は同インバータシステムのトランジスタお
よび圧縮機に印加される電圧波形図、第4図は同インバ
ータシステムのキャリアの説明図、第5図は同インバー
タシステムの圧縮機に印加される電圧の説明図、第6図
は同インバータシステムのHALTとキャリア周期T。 を説明するデータ領域のタイミング図、第7図は同イン
バータシステムの■/fパターン図、第8図は同インバ
ータシステムのデータ単位タイマT2を説明するデータ
領域のタイミング図、第9図は同インバータシステムの
V/fパターン図、第10図は同インバータシステムの
定電圧領域のデータ領域タイミング図、第11図は同イ
ンバータシステムの定電圧領域を含むV/fパターン図
、第12図は同インバータシステムの低周波領域の電圧
ブーストを含むV/fパターン図、第13図は本発明の
一実施例を示すインバータ駆動制御装置における電圧ブ
ーストを実現したV/fパターン図、第14図は同装置
におけるデジタル処理を採用したデータ領域のタイミン
グ図、第16図は本発明の一実施例のインバータ駆動制
御装置の回路図、第16図は同装置の論理構成図、第1
7図は同装置のデータ単位タイマT2の処理フローチャ
ート、第18図は同装置のキャリア周期T。の処理フロ
ーチャート、第19図は同装置のROM内PWMデータ
エリア図、第20図は同装置のメインフローチャートで
ある。 21−・・・・システムクロック61j 、22 ・・
・・T0タイマ分周器(第1のタイマ手段)23・・・
・・・T2 タイマ分周器(第2のタイマ手段)、25
・・・・ROM(記憶手段)、26・・・・・コントロ
ール部、27−・・・・RAM 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第3
図 第4図 第 5 図 第6図 7図 8図 72(n < l( 第9図 第 1 h(3ツメに 1 図 2図 第17図 第18図 第19図 第20図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 正弦波をいくつかに分割するキャリア数に対応して電動
    機の回転数を決定するキャリア周期となす第1のタイマ
    手段と、1キャリア周期において電圧成分を与える複数
    ステップからなる電圧データを構成するだめのデータを
    駆動する第2のタイマ手段と、データを発生順に格納し
    かつ電圧データの存在しないHALT領域では、前記電
    動機へ電圧を印加しない出力を記憶した記憶手段とを具
    備し、データアクセススタートは、前記第1.第2のタ
    イマ手段で行い、次のデータアクセスは前記第2のタイ
    マ手段で行い、前記第1.第2のタイマ手段はそれぞれ
    独立してデジタル値を設定するインバータ駆動制御装置
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