JPS6147074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電動機を可変速運転するのに用い
られる可変周波数のパルス幅変調インバータに係
り、特に上記のインバータの周波数が低周波数か
ら周波数が増加するに伴つて、出力電圧の半サイ
クル中のパルス数を任意の時点で切り換え指令が
発生しても迅速に切り換えることができるパルス
幅変調インバータの制御装置に関する。

第１図はPWMインバータの主回路構成を表わ
したもので、直流電源１１１、パワートランジス
タ１１２、帰還ダイオード１１３構成されてい
る。例えばＵ_PはＵ相のＰ側のパワートランジス
タ、Ｕ_NはＵ相のＮ側のパワートランジスタ、Ｄ_U
ＰはＵ相のＰ側の帰還ダイオードをそれぞれ表わ
す。上記の構成のインバータのベースドライブ信
号には一般に変調波として正弦波、階段波、矩形
波パルス列、直流レベル等を使用し、搬送波とし
て三角波、鋸歯状波等を使用し、両者のレベルを
比較して得られる変調信号を使用する。上記
PWMインバータでは制御回路の構成のし易さか
ら直流レベルと三角波或いは鋸歯状波の組み合せ
が度々用いられる。

第２図は直流レベルと三角波との比較によつて
変調信号を形成する場合を示したものである。こ
のPWMインバータの制御方式では互に同期した
周波数の異なる三角波Ｘ，Ｙ，Ｚと直流レベルと
の比較によつて得られる変調信号を、インバータ
の周波数が増加するにつれてｃ→ｂ→ａ（減少す
る場合はａ→ｂ→ｃ）と切り換えて、インバータ
の線間電圧の半サイクル中のパルス数を減少（増
加）させていく方式がとられる。

第３図は上記の方式を具体的に構成したPWM
インバータの制御回路のブロツク図であり、第４
図はパルス数切り換え回路２１０を更に具体化し
たものである。

従来パルス数切り換えの数だけ搬送波を用意
（図ではパルス数の切り換え数が３つであるか
ら、搬送波である三角波をＸ，Ｙ，Ｚの３つ用
意）してこれと直流レベルｅとを３台の比較器２
０６，２０７，２０８で比較をして変調信号を発
生し、パルス数判定回路２０５、パルス数切り換
え信号発生回路２０９、パルス数切り換え回路２
１０とで上記変調信号を周波数領域に応じて発生
させている。また以下の方法でパルス数を切り換
えている。

上記の半サイクル中のパルス数を任意の時点で
切り換えても、アーム短絡を起さないように、切
り換え時点を決めるクロツクパルスCPを形成
し、切り換え指令αを微分器１１６，１１７に通
し、その位相を把握するパルスに変換し、上記の
クロツクパルスと微分器の出力パルスβ，γとを
ナンドメモリ１１８，１１９に通し切り換え時点
を決めていた。かかる方式をとるとクロツクパル
スを形成するための回路１２３及び切り換え指令
の位相を把握する徴分回路１１６，１１７等が必
要なため、回路構成要素が増加し、コストが上昇
するだけでなく制御回路の信頼性が低下する。ま
た上記の切り換え用のクロツクパルスは１番低い
周波数の搬送波を基準にして形成するため（例え
ば第２図でＸの零レベルとの交点）ｂ→ｃへとパ
ルス数を切り換えた場合搬送波ｃの時間ベースで
ａ→ｂの場合よりも２倍もの遅れ時間がある。こ
のためｂのパルス数で運転する周波数領域が上記
の遅れ時間だけ減少することになる。上記の傾向
はパルスの切り換え回数が増えるにつれて増大す
る。これはパルス数切り換え動作が頻ぱんに発生
する電動機を急加減する用途には不向きである。

しかも発振器の台数が増加するので高価にな
る。

本発明は上記の問題点を解決するために提案さ
れたものである。上記の目的は発振器と上記発振
器を1/2に分周する分周器の両者の出力信号を搬
送波発生回路に導入し、互に同期した周波数の異
なる搬送波を形成し、パルス数を切り換える際に
は上記分周器の出力信号に切り換え指令を同期さ
せるようにすること（例えば第２図ではａ→ｂの
切り換えではＸの零レベルとの交点、ｂ→ｃの切
り換えではＹの零レベルとの交点を与えるクロツ
クパルスに同期させること）によつて達成され
る。

以下本発明の実施例によつてその詳細を説明す
る。

第５図は本発明の可変周波数のPWMインバー
タの制御回路を構成するブロツク図であり、ここ
では搬送波として鋸歯状波を使用している。第５
図は上記ブロツク図の各部の動作を説明するタイ
ム・チヤートである。周波数指令（速度指令）Ｖ
がバツフア回路１を通して発振器２に与えら
れ、方形波ａを発生し、リセツトパルス発生回路
３で、積分コンデンサを放電させるリセツトパル
スｂを発生し、上記のリセツトパルスｂをインバ
ータ４を適して得られる方形波パルス列で鋸歯
状波ｅを発生させる。また上記発振器２の出力周
波数を1/2に分周する分周器５で方形波パルス列
ｃを発生し、上記信号ｃをリセツトパルス発生器
６に通してリセツトパルスｄを発生させ、上記信
号をインバータ４を通して得られる方形波パルス
例で鋸歯状波ｆを発生させる。このように１つ
の発振器とその発振器の出力を分周する分周器と
で形成される搬送波である鋸歯状波ｅとｆとは常
に同期がとれている。極性変換回路７、パルス数
判定回路８、パルス数切り換え信号発生回路９、
論理回路１０，１１で構成される部分で搬送波で
ある鋸歯状波の周波数を変えて、半サイクル中の
パルス数の切り換えを行う。上記の７及びバイア
ス回路１３、リミツタ付き極性変換器１４で構成
される部分が出力電圧の大きさを決める直流レベ
ルｇの大きさを与える回路である。上記の方形波
パルス列，を鋸歯状波発生回路を通して発生
した鋸歯状波ｅ及びｆと上記直流レベルｇとを比
較器１６を通すことによつて変調信号に及びｉを
形成し、上記ｈ，ｉとリングカウンタ１５の出力
信号Q₀〜Q₅との論理をとる変調信号発生回路に
より各相の変調信号Ｅ_U8（Ｅ_U4），Ｅ_V8（Ｅ_V4），
Ｅ_W8（Ｅ_W4）を形成する。例えばＥ_U8（Ｅ_U4）は
論理積と和の組み合せ（Q₀＋Q₀・ｈ＋Q₄＋Q₃×
）によつて形成される。ベース論理回路２１で
は上記各相の変調信号Ｅ_U8（Ｅ_U4），Ｅ_V8（Ｅ_V
４），Ｅ_W8（Ｅ_W4）を各相のＰ側及びＮ側のパワ
ートランジスタのベースに印加する信号に変換し
ている。上記の信号をベース駆動回路２２で増巾
してパワートランジスタのベースに印加する。ラ
ツチ回路１８、フリツプ・フロツプ回路１９で構
成される部分はインバータの運転停止回路であ
り、上記の回路１８、ソフトスタート回路２０、
上記の回路１４で構成される部分が起動時の突入
電流を防止する起動回路である。

以上が可変周波数のPWMインバータの制御回
路の構成であるが、以上の構成のうちパルス数切
り換え回路について更に具体化して説明をする。

第７図は更にパルス数切り換え回路を具体化し
た回路であり、第８図はパルス数切り換え時にお
ける各部の動作を説明するタイムチヤートを表わ
したものである。速度指令Ｖは極性変換回路７
を経てパルス数判定回路８に導入される。８では
パルス数切り換え設定値V₁ ^*と上記指令信号Ｖ
と比較される。切り換え指令信号P₄はＪ−Ｋフ
リツプ・フロツプ１０８のＪ端子に、P₈（＝
_４）はＫ端子に導入され、上記フリツプ・フロツ
プ１０８のクロツクパルスは1/2分周器の出力信
号ｃから導入される。このため第８図の図中の点
線で示したパルス数切り換え信号の変化点P₈→P₄
（P₄→P₈）は上記切り換え指令が入つてからクロツ
クパルスの立上り時点まで引き延ばされP₈′→
P₄′（P₄′−P₈′）に切り換え指令が変更される。上
記指令P₈′と信号との論理積P₈′・及び上記指
令P₄′と信号との論理積P₄′・が鋸歯状波発生
回路に導入される。このため搬送波である鋸歯状
波は指令信号P₈′・P₄′によつて切り換えられる。
方形波パルス列，のレベルVinと鋸歯状波の
出力レベルVout及び周波数との間には次のよ
うな関係がある。

＝ｋ・Vin／Vout（ｋ：定数） 鋸歯状波の出力レベルVoutが一定であるとす
れば鋸歯状波の周波数は方形波パルス列，
のレベルVinと比例する。したがつて→1/2
にするにはVin→1/2Vinとすれば良い。このため
論理回路１１では上記論理積P₄′・の方形波パ
ルス列のレベルを分割抵抗で上記の論理積P₈′・
の方形波パルス列のレベルを1/2にレベル変換
している。上記のような構成にすることによつ
て、パルス数の切り換え数が増加して搬送波即ち
鋸歯状波の種類が増えても、鋸歯状波発生回路は
共有できる。上記方形波パルスP₈′・とP₄′・
とは常に同期がとれているため、パルス数切り換
え指令P₈，P₄によつて鋸歯状波を切り換えても鋸
歯状波発生回路から出力される鋸歯状波（e′＋
f′）には位相づれが生じない。このため上記
（e′＋f′）との比較によつて得られる変調信号h′と
i′とには位相づれが起らないため、アーム短絡は
生ずることはない。

また第７図にはパルス数を切り換える割合が増
加した場合付加される要素を点線で示す。切り換
え動作を行う構成要素で増加するのはパルス数判
定回路８における比較器及びパルス数切り換え信
号発生回路におけるフリツプ・フロツプである。
一般に4m2mｍ（ｎ：正の整数）の３
つの異なる周波数を持つ搬送波を切り換えて半サ
イクル中のパルス数切り換えを行う場合、上記の
フリツプ・フロツプのクロツクパルスとしては
4m2mの切り換えでは2mの周波数を持
つクロツクパルスを、2mｍの切り換えで
はｍの周波数を持つクロツクパルスを使用す
る。このようにパルス数を切り換えする２領域間
で一番低い搬送波を発生させる方形波パルス列を
切り換え指令と同期して使用することにより切り
換え指令の遅れを小さくすることができるので、
同一パルス数で運転される周波数領域が広がり制
御範囲が拡大されると同時に電動機の駆動特性が
向上する。また鋸歯状波発生回路の入力信号であ
る方形波列のレベルは4m2mｍの切り
換え回路では１：２：４の割合に変換するだけで
３種類の周波数を鋸歯状波を１つの鋸歯状波発生
回路でパルス数切り換え指令に従つて発生させる
ことができる。

以上の発明によれば１台の発振器と切り換えの
数だけ分周器を用い、分周器の出力方形波パルス
列を搬送波発生用のパルスとして使用すると同時
にパルス数切り換え時点を決めるＪ−Ｋフリツ
プ・フリツプのクロツクパルスとして使用するこ
とにより、パルス数切り換え指令を上記クロツク
パルスと同期させることができ、切り換え動作を
迅速にすることができしかもアーム短絡が防止で
きる。また切り換え指令とによつて同一の鋸歯状
波発生回路で異なる周波数を持つ搬送波を発生す
ることができるので回路構成が簡略化されるので
部品点数が減少して価格が減少すると同時に回路
の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はパルス幅変調インバータ主回路構成
図、第２図は３種の周波数を持つ三角波と直レベ
ルとの比較によつて得られる変調信号、第３図は
従来の可変周波数のPWMインバータの構成図、
第４図は従来のパルス数切り換え回路の構成図、
第５図は本発明のパルス幅変調インバータの制御
回路の構成図、第６図は第５図の制御回路の動作
を説明するタイムチヤート、第７図はパルス数切
り換え回路の構成図、第８図は第７図のパルス数
切り換え回路の動作を説明するタイムチヤートを
それぞれ表わす。 １１１……直流電流、１１２……トランジス
タ、１１３……帰還用ダイオード、１……バツフ
ア回路、２……発振器、３，６，１０２……リセ
ツトパルス発生回路、４，１１５……インバー
タ、５，１０１……1/2分周器、７……極性変換
回路、８，１２１，２０５……パルス数判定回
路、９，１２２，２０９……パルス数切り換え信
号発生回路、１０，１１……論理回路、１２……
鋸歯状波発生回路、１３……バイアス回路、１４
……リミツタ付き極性変換回路、１５……６進リ
ングカウンタ、１６……比較器、１７……変調波
信号発生回路、１８……ラツチ回路、１９……フ
リツプ・フロツプ回路、２０……ソフト・スター
ト回路、２１……ベース論理回路、２２……ベー
ス駆動回路、１０３……ナンバ、１０４……抵
抗、１０６……トランジスタ、１０７……オペア
ンプ、１０８……Ｊ−Ｋフリツプ・フロツプ、１
１４……オペ・アンプ、１１６，１１７……微分
器、１１８，１１９……ナント・メモリ、１２３
……クロツク・パルス発生回路、２０１……バイ
アス設定回路、２０２……Ｘ三角波発振器、２０
３……Ｙ三角波発振器、２０４……Ｚ三角波発振
器、２０６……Ｘ比較器、２０７……Ｙ比較器、
２０８……Ｚ比較器、２１０……パルス数切り換
え回路、２１１……６進カウンタ、２１２……デ
コーダ、２１３……ゲート論理回路、２１４……
ゲートアンプ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 搬送波の鋸歯状波と変調波の直流レベルとを
   比較して得られる信号をベース（ゲート）信号と
   し、出力電圧の半サイクル中のパルス数を出力周
   波数の増減に応じて切り換えていく制御方式をと
   る可変周波数のパルス幅変調インバータにおい
   て、インバータの周波数指令に比例した発振周波
   数の信号を発生する発振器と、該発振器の発振周
   波数をパルス数切換の切換数に対応した１／ｎの
   分周を基本単位とした複数の分周器からなる分周
   回路と、周波数指令に基づきパルス数切り換え時
   を判定するパルス数判定回路と、該パルス数判定
   回路の信号からパルス数切換指令を前記分周期の
   基本単位の出力信号に同期させて発生させるパル
   ス数切換信号発生回路とを備え、前記複数の分周
   器の出力論理信号の内前記パルス数切換信号によ
   り選択される論理信号に基づいて搬送波の鋸歯状
   波を発生させるようにしたことを特徴とするパル
   ス幅変調インバータの制御装置。 ２ 特許請求の範囲第２項において、搬送波の鋸
   歯状波は前記パルス数切換信号により選択した前
   記論理信号のレベルを前記論理信号の持つ分周比
   で除した信号で発生させるようにしたパルス幅変
   調インバータの制御装置。