JPS61247292A - インバ−タ制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＰＡＭ制御方式のインバータ装置に係り、特
に誘導電動機などの交流電動機駆動用インバータ装置の
制御方式に関する。

〔発明の背景〕

インバータ装置によれば、可変周波数、可変電圧の多相
交流電力が容易に得られるため、従来から誘導電動機な
どの交流電動機の駆動用に広く用いられている。

ところで、周知のように、このインバータ装置の交流出
力電圧を制御する方式としては、大別してＰＡＭ制御方
式（パルス振幅変調制御方式）とＰＷＭ制御方式（パル
ス幅変調制御方式）との２種の方式のものが知られてい
る。

このうち、ＰＡＭｆｌｌ！１１１１１方式では、インバ
ータ主回路の逆変換部に入力される直流電圧を制御する
ことにより出力交流電圧を制御するようにしたもので、
逆変換部の主スイツチング素子のスイッチング周波数が
交流出力周波数と同じで済むため、交流出力周波数がか
なり高い場合でも適応可能で、かつ低騒音であるという
特長があり、このため、比較的大容量の電動機駆動用に
広く用いられている。

そこで、このようなＰ　Ａ　Ｍ　ｆｌｌＪ　御方式によ
るインバータ制御装置の従来例を第２図によって説明す
る。

この第２図において、１はインバータの順変換器、３は
同じく逆変換器で、これらはインバータ装置の主回路を
構成するもので、例えば第３図、又は第４図のように構
成されている。なお、これらの図におい【、＠３図はチ
ョッパー素子ＴＣを用い、チョッパー制御により直流出
力電圧Ｖ、＋制御し、第４図はサイリスタＴＨｔ−用い
、位相制御により直流出力電圧ｖＤを制御するようにな
っているものであり、かつ、これらの図において、４は
交流電動機を表わしている。

第２図に戻り、５は周波数設定器で、その出力信号ａが
インバータの出力周波数及び出力電圧を制御する速度信
号となる。６は電圧−周波数変換器で、速度信号ａの電
圧に比例した周波数のパルス信号すを発生する。７はリ
ングカウンタであり、パルス信号すから三相交流信号ｃ
ｉ発生する。そして、この交流信号Ｃにより逆変換器３
の主回路素子’Ｉ’Ｕ−ＴＺが駆動され、インバータ装
置の出力周波数を制御している。８は直流電圧制御回路
であり、順変換器１を制御して速展信号ａに比例した直
流電圧を発生させる。なお、ｄは順変換器ｌに対する制
御信号を表わす。

このように、従来のＰＡＭ制御方式のインバータ装置で
は、順変換器１の直流出力電圧ＶＤを制御してインバー
タ装置から交流電動機４に供給される交流電力の電圧制
御が行なわれ、逆変換器３でのスイッチングにより間流
電力の周波数制御が行なわれるようになっており、これ
により上記したような特長が得られるのである。

しかしながら、このＰＡＭ制御方式のインバータ装置で
は、逆変換部での主スイツチング素子のスイッチングが
出力交流の半サイクルごとに行なわれるだけなので、出
力交流が矩形波状になって波形率が悪く、このため、′
始動時での交流電動機の突入電流を抑えるのが困難であ
るという問題点がある。特に、インピーダンスの低い交
流電動機の場合には、この突入電流がかなり大きくなり
、従って、従来のＰＡＭ制御方式のインバータ装置では
、このような突入電流を見こしてインバータ装置の容量
を増加させておかなければならず、このためコストアッ
プが著しいという欠点があった。

なお、従来からＰＡＭ制御方式とＰ　Ｗ　Ｍ　１ｌｉｌ
Ｊ御方式とを併用したインバータ装置については特公昭
５６−１６２９７８号公報に開示されている。しかし、
この公報の開示では、ＰＡＭ制御方式のインバータ装置
における交流′ｇ＃機始動始励時突入電流の増大につい
ての問題を認識していない。

〔発明の目的〕

本発明の目□的は、上記した従来技術の欠点を除き、交
ａｍ動機の始動に際しての突入電流が充分に抑えられ、
インバータ容量の増加が最小限で済むようにしたインバ
ータ制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、ＰＡＭ制御方式の
インバータ装置にＰ　Ｗ　Ｍ　１ｔｌＪ一手段を設け、
始動時だけ逆変換部の主スイツチング素子をＰＷＭ制御
して交流出力を得るようにした点を特徴とする。

すなわち、ＰＷＭ制御方式によれば、交流出力電圧を細
かく制御することができ、交流電動機の始動突入電流の
抑圧が可能になる。しかしながら、このＰＷＭ制御方式
では、主スイツチング素子の許容スイッチング周波数を
高くしなければならない。

そこで、本発明では、インバータ装置の出力周波数が定
格運転時よりもかなり低くなっている、交流電動機の始
動時にだけＰＷＭ制御方弐にし、これにより出力電圧の
制御を改嵜して突入Ｓｔ流を抑えると共に、始動時以外
ではＰＷＭ制御を行なわないようにして主スイツチング
素子の許容スイッチング周波数を上げなくても済むよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明によるインバータ制御装置について１図示
の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、９は比較器
で、内部に基準電圧をもち、速度信号１の電圧値が所定
値に達しない間は、たとえそれが有限な値になっても無
視し、これによりノイズなどによる影醤を除き、正しく
運転指令が行なわれたときだけ、運転停止信号ｅを出力
する働きをする。

１０はＰＷＭ制御からＰＡＭ制御への切換を制御する制
御回路、　１１はタイマー回路、１２は積分器。

１３は比較器、１４はゲート回路、１５はＰＷＭ制御を
行なうための波形合成回路であり、これらの回路の機能
については後述する。

なお、この第１図で、上記した以外の構成要素について
は第２図の従来例と同じで、主回路についても第３図及
び第４図で示したとおりである。

また、第５図は制御回路１０の具体的な一実施例で、ラ
ンプ回ｊｉ２）１６　、比較器１７．それに不一致回路
１８で構成されている。

次に、この実施例の動作を第６図のタイムチャートによ
って説明する。

いま、時刻１ｏでインバータ装置に速度指令が与えられ
たとする。

そうすると、これに応じて周波数設定器５は与えられた
速度指令値に対応する電圧まで上昇してゆくランプ電圧
からなる速度信号ａを発生し始める。そして、この信号
ａの電圧値が比較器９０基準電圧に達すると、比較器９
は運転停止信号ｅを立ち上げる（時刻１．）。

一方、速度信号ａは電圧−周数数変換器６と直流電圧制
御回路８にも供給されており、従って、この時刻ｔ、で
は、比較器９０基準電圧に対応した周波数のパルス信号
すと直流電圧制御信号ｄが出力され、この結果、インバ
ータ主回路の順変換器１は上記基準電圧に対応した直流
電圧ＶＤ（例えば定格出力電圧が２００ｖの場合にはＶ
！１＝１０Ｖ）を発生し、逆変換器３はこの直流電圧Ｖ
ゎを入力として、同じく基準電圧に対応した周波数（例
えば定格周波数をｓｏ　Ｈｚとした場合には２．５Ｈｚ
）の三相交流電力を発生するというＰＡＭ制御方式によ
る動作に入る。

しかしながら、この実施例では、この時刻【１から制御
回路１０で予じめ設定されている期間は、ＰＷＭ制御方
式による動作が行なわれるようになっており、このため
、まず、時刻ｔ１で運転停止信号ｅが立ち上ると、制御
１＠路１０の中のランプ回路１６がランプ信号ｆを発生
し始める。一方、このときには比較器１７　（纂５図）
は、まだ出力信号りを発生していないから、このと姓に
は不一致回路１８による周波数固定信号ｇが運転停止信
号ｅに応じて立ち上り、これが周波数設定器５に入力さ
れ、その速度信号ａの電圧上昇を停止させる。なお、こ
の上昇停止期間がＰ　Ｗ　Ｍ　′ＭＵｌｌｉｌｌが行な
われる期間となる。ま次、このとき、周波数固定信号ｇ
ｔ−発生させている理由は、ＰＷＭｆ！ｉ［ｌｉｌが行
なわれている期間中、インバータ装置の出力周波数が上
昇して主スイツチング素子のスイッチング周波数が高く
なり過ぎないようにし、かつ、ＰＷＭからＰＡＭへの切
り換りの円滑化を図る九めである。

ところで、電圧−周渡数変換器６のパルス信号すは積分
器１２に入力されており、このため、この積分器１２か
らはパルス信号すを積分して得られた三角波信号ｉが出
力されている。そこで、この三角波信号ｉを比較器１３
に入力し、ランプ信号ｆと比較してランプ信号ｆが三角
波信号ｉよりもレベルが大になっているときに出力を純
生させると、三角波信号ｉｔ−ＰＷＭｆｔｌｌｌ−の搬
送波とするパルス幅信号ｊが得られる。そして、このパ
ルス幅信号ｊのパルス幅はランプ信号ｆの電圧レベルに
比例したものとなる。

このパルス幅信号ｊは周知の波形合成回路１５に入力さ
れ、リングカクンタ７から出力されている三相交流信号
Ｃに合成されてＰＷＭ制御信号ｋになり、逆変換器３を
駆動してＰＷＭ制御方式による制御を行なう。

ここで、このパルス幅信号ｊについてみると、この信号
のパルス幅は時刻１１からランプ信号ｆのレベルが上昇
してゆくにつれ、ゼロから順次増加してゆき、最終的に
は無限大になる。

従って、この実施例によれば、時刻ｔ０で速度指令が与
えられたあと、時刻ｔ１からランプ信号ｆのレベルが上
昇してゆくにつれ、逆変換器３から交流電動機４に与え
られている交流電力は、周波数が一定の、例えば２．５
Ｈｚのままで電圧がＰＷＭ制御されてゼロから所定の早
さで上昇し℃ゆくことになり、交流電動機４に突入１ｉ
ＬｆＬをほとんど生じさせることなく、始＃を行なわせ
ることができる。

一方、このようにしてランプ信号ｆのレベルが上昇して
ゆ（と、やがてそのレベルが比較器１７に設定しである
比較レベルに達し、これにより出力信号りがハイレベル
に立ち上る。この時刻ヲｔ、とする。そうすると、この
時刻【、で不一致回路１８の出力である周波数固定信号
ｇはローレベルに立ち下る。

この結果、時刻ｔ、以降は再び周波数設定器５による速
度信号ａが所定の時定数で上昇を開始し、ＰＡＭＩＩｌ
ｉ方式の動作によりインバータ装置の交流出力の周波数
と電圧が速度指令に対応した値に向つ【上昇してゆく制
御が得られることになる。

そして、このとき、ランプ信号ｆのレベルが三角波信号
ｉのレベルを超すときと、比較器１７の比較レベルを超
すときとが同じになるようにしておけば１ｍ６図でＰＷ
Ｍ制御が行なわれている期間と周波数固定信号ｇが）・
イになっている期間Ｔとを一致させることができ、ＰＷ
Ｍ制御からＰＡＭ制御への移行を切れ目なくスムースに
行なわせることができる。

また、この期間Ｔは、交１ｉｉｔ励機４の始動特性に合
わせて所定値に定めてやればよく、そのためにはランプ
回路１６によるランプ信号ｆの上昇特性を所定の状態に
設定してやればよい。

ところで、この実施例では、Ｐ　Ｗ　Ｍ　！！制御を利
用して交流電動機４を停止させるときに発電制動が与え
られ、停止時間の短縮が得られるようになっており、そ
のためにタイマー回路１１が設けである。

そこで、以下、この停止時での動作をｗＡ７図のタイム
チャートと共に説明する。

いま、インバータ装置への速度指令がゼロになったとす
ると、その時点から速度信号ａは減少してゆく。そして
、この信号ａが比較器９の基準電圧以下になると運転停
止信号ｅが立ち下がる（第７図の信号ｅの矢印部）。こ
の信号ｅの変化により制御回路１０は直ちにリセットさ
れ、ラング信号ｆはローレベルに落ちる。同時に、同じ
く信号ｅの立ち下りによりタイマー回路１１が動作を開
始する。なお、このタイマー回路１１は直流制動制御を
行なう働きをするもので、信号ｅの立ち下りエツジによ
りタイマーカウントを開始し、一定期間経過後リセット
される。そして、タイマー回路１１の出力のうち、信号
ｊは、周波数設定器５から出力される速度信号ａの固定
と、リングカランタフの停止の２つの役割をもった信号
であり、もう一つの信号ｍは、直流制動時に比較器１３
からパルス信号ｊを発生させるための信号である。

こうしてタイマー回路１１から信号ｌが発生すると、速
度信号ａが始動時と同一レベルに固定される。なお、こ
れは、直流電圧制御信号ｄと搬送波となる三角波信号ｉ
を簡単に得る為であり、これに代えて、タイマー回路１
１から直接、％圧−周波数変換器６と直ａ’ｉｔｃ圧制
御回路８に信号を与える事によっても同等の動作となる
が、ここでは、回路簡略化の為この様な方法を取り九。

一方、この信号ｌはＮＡＮＤゲート回路１４にも供給さ
れ、これまでパルス信号すと同じ信号となっていたゲー
ト回路１４の出力信号ｎをノ１イレベルに固定し、これ
によりパルス信号すはリングカウンタ７に伝送されなく
なり、従って、リングカウンタ７は出力信号ｎがハイレ
ベルになった瞬間の状態で保持される。この保持状態は
三相交流信号ＣＦ）ＢＵ、　ＢＶ、　ＢＷｆ）　３　ツ
ノ内（０１ツト％ＢＸ、　ＢＹ。

ＢＺの３つの内の１つｆ：ＯＮとしたままの状態となっ
ている。つまり、逆変換器３の主スイツチング素子の上
側のＴＵ、ＴＶ、ＴＷのどれか１つの素子と、下側のＴ
Ｘ、ＴＹ、ＴＺのどれかの１つの素子をＯＮした状態と
なる。そして、この時には、始動時と同じ電圧指令が直
流電圧制御回路８に入力されている為、インバータ装置
の出力端子Ｕ。

ｖ、Ｗのいずれか１つの相関に直流電圧が発生し、直流
制動作用が得られるが、このままでは、逆変換器３の主
スイツチング素子はＯＮｔたままの状態なので、交流電
動機４に過大な直ｉ電流が流れ、逆変換器主素子及び、
交流電動機４が過熱して危険な状態となる。そこで、Ｐ
　Ｗ　Ｍ　１１１１ｊ御機能を利用してパルス信号を発
生させ、直流電流の抑制を行なう。前述の様にタイマー
回路１１が動作しているときには電圧−周波数変換器６
は始動時と岡じ周波数のパルス信号すを出力しているの
で、積分器１２からは始動時と同じ周波数の三角波信号
ｉが得られている。従って比較器１３に対して適当な電
圧レベルの信号ｍを与えてやれば、始動時のＰＷＭ制御
と同じ原理でインバータ出力にパルス信号が発生し、こ
れにより交流電動機４にゐれる直流電流の大きさを適当
な値に制御することができる。

これが直流制動の動作である。

ここでタイマー回路１１のタイマ一時間Ｔｍは、任意に
設定できるものとしたが、交流電動機４の回転が停止し
たことを検出し、速度信号ｅが立ち下ったときから交流
電動機４が停止するまでの時間をタイマ一時間Ｔｍとな
るようにしてもよい。また、信号ｍの電圧レベルをイン
バータ装置の出力電流により自動設定する事も可能であ
る。なお、タイマー回路１１のタイマーカウントが終了
すると信号ｌ、ｍは解除され、停止状態に戻る。

従って、この実施例によれば、交流電動機を停止制御し
たときの空転時間を充分に短縮させることができるから
、作業の待ち時間が短くて済み、かつ安全性の向上も期
待できる。

なお、以上の実施例では、電圧−周波数変換器６から出
力されるパルス信号すを積分して搬送波用の三角波信号
ｉを得るようになっており、これにより構成の簡略化が
得られているが、別に独立したパルス発生器を設け、こ
れの出力を積分器１２に入力するようにし【もよく、或
いは別に三角波発生器を用いるようにしてもよい。

また、上記実施例では、切換回路１０によるＰＷＭ　ｔ
Ｉｔｌ１６１１時間Ｔの設定が、ランプ信号ｆを用いた
タイマ制御によって行なわれているが、この時間Ｔの終
了時点を交流電動機４に流れる電流が所定値にまで収斂
したときによって定めるようにしてもよい。

さらに、上記実施例では、直流制動を単相で行なってい
るが、多相で行なうようにしてもよい。

ｐ　Ｗ　Ｍ　ｔｔｔｔ＋　Ｉｌ方式についても同様で、
上記実施例のように等パルス幅制御方式に限らず、不等
パルス幅制御方式として実施してもよいのはいうまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ＰＡＭ制御方式
のインバータ装置で交流電動機を廊動したときでの、始
動時での突入電流を充分に抑圧することができるから、
従来技術の欠点を除き、ＰＡ　Ｍ　ｆｉ制御方式インバ
ータの優位性が発揮される高周波域でのインバータ容量
選定が、交流電動機の始動特性の知識がなくても、交流
電動機の定格出力で行なえる様になり汎用性を高めた。

さらに組み合わせ交流電動機の適用範囲が広くなり高周
波インバータの市場拡大が期待できる。

さらに、従来のＰＡＭ制御回路にＰＷＭ制御回路を加え
る事により、本発明によれば、従来にない始動特性と、
制動特性が得られるようになりかなりの性能向上が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ制御装置の一実施例を
示すブロック図、第２図はインバータ制御装置の従来例
を示すブロック図、第３図及び第４図はそれぞれインバ
ータｋＲの主回路の一例を示す回路図、第５図は切換回
路の一実施例を示す回路図、第６図及び第７図はそれぞ
れ動作説明用のタイムチャートである。 ｌ・・・・・・７に変洪器、３・・・・・・逆変換器、
４・・・・・・交流％Ｊｌ！１機、５・・・・・・周波
数設定器、６・・・・・・電圧−周波数変換器＃　７・
・・・・・リングカウンタ、８・・・・・・直流電圧制
御回路、９・・・・・・比較器、１０・・・・・・制御
回路、１１・・・・・・タイマー回路、１２・・・・・
・積分器、１３・・・・・・比較器。 １４・・・・・・ゲート回路、１５・・・・・・波形合
成回路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ｊ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、順変換部と逆変換部からなる主回路と、この主回路
   から交流電力が供給される交流電動機とを備え、上記順
   変換部の制御により上記交流電力の電圧制御を行ない、
   上記逆変換部の制御により上記交流電力の周波数制御を
   行なうＰＡＭ制御方式の交流電動機駆動用インバータ装
   置において、上記逆変換部のスイッチング素子をＰＷＭ
   制御して上記交流電力の電圧制御を行なうＰＷＭ制御手
   段と、上記交流電動機に対する始動制御の開始時点を検
   出する始動検出手段とを設け、上記始動制御の開始時点
   から始まる所定の期時中、上記ＰＷＭ制御手段を動作さ
   せるように構成したことを特徴とするインバータ制御装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記所定の期間の
   終了時点が、タイマ制御によつて決定されるように構成
   されていることを特徴とするインバータ制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記所定の期間の
   終了時点が、上記交流電動機の電流値によつて決定され
   るように構成されていることを特徴とするインバータ制
   御装置。