JPH05344750A

JPH05344750A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH05344750A
Application number: JP4174872A
Authority: JP
Inventors: Tomio Shintani; 富男新谷; Keizo Kitano; 恵三北野
Original assignee: EMANII KK
Current assignee: EMANII KK
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータ装置から３相と２相とを切り換え
て出力できるようにして、３相インダクションモータだ
けでなく、単相インダクションモータの速度制御も行う
ことができるようにすること。【構成】パラメータ設定部４から３相出力用のパラメ
ータ及び２相出力用のパラメータのいずれかを選択して
取り出す。取り出したパラメータをゲート制御部２に与
え、ゲート制御部２は、それに従ってインバータ出力部
１へのゲート信号を発生する。インバータ出力部１で
は、該ゲート信号によりスイッチング素子を開閉制御し
て上記パラメータにより決まる相数の交流を出力する。
単相インダクションモータ８を駆動する時は、進相コン
デンサ無しで接続し、インバータ出力部１から２相交流
を出力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インダクションモータ
の速度制御に用いられるインバータ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、インダクションモータの回転速度
を制御するには、モータに高速用から低速用まで何種類
かの巻線を設けて、それらを切り換えることにより、回
転速度を変化させる方式や、電源の電圧波形を所定の位
相でカットする位相制御方式が知られている。しかし、
前者は、巻線の切り換え数だけ、段階的にしか速度を変
化させることができず、また、後者は、連続的な速度制
御はできるが、低速域でのトルクが低く、高速域につい
ては電源周波数で決まる所定速度以上の制御はできな
い。

【０００３】それらの欠点を解消するものとして、３相
インダクションモータを使ったインバータ制御方式があ
る。それは、交流電源から一旦直流に変換した後、イン
バータで再び交流に変換し、その交流によりモータを駆
動する方式である。この方式によれば、直流から交流に
変換する際に、出力周波数を任意に設定することができ
るので、その周波数を変化させることによりモータの回
転速度を連続的に変化させることができる。

【発明が解決しようとする課題】（問題点）しかしなが
ら、上記従来のインバータ制御方式には、３相インダク
ションモータには適用できるが、一般に広く普及してい
る単相インダクションモータには適用できないという問
題点があった。

【０００４】（問題点の説明）図１１は、単相インダク
ションモータの概要を示す図である。図１１において、
８は単相インダクションモータ、８１，８２は巻線、８
３は進相コンデンサである。単相インダクションモータ
８には、このように進相コンデンサ８３が設けられてお
り、この進相コンデンサ８３がないとモータを始動でき
ない。

【０００５】一方、コンデンサの特性は、電源周波数が
変化すると大きく変化する。そのため、進相コンデンサ
８３が接続されている単相インダクションモータ８をイ
ンバータに接続し、その速度制御を行うために出力周波
数を変化させると、進相コンデンサ８３があるために種
々の不具合が生じる。例えば、周波数が低くなると、進
相コンデンサ８３が飽和してしまい、モータ巻線８２に
殆ど電流が流れなくなったり、周波数が高くなると、進
相コンデンサ８３が発熱したりする。そのため、電源周
波数を広範囲に変化させるようなインバータ制御方式
を、単相インダクションモータ８の速度制御に適用する
ことはできなかった。本発明は、そのような問題点を解
決することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のインバータ装置では、３相出力用のパラメ
ータ及び２相出力用のパラメータを選択的に出力可能な
パラメータ設定部と、該パラメータに従ってゲート信号
を発生するゲート制御部と、該ゲート信号によりスイッ
チング素子を開閉制御して３相交流及び２相交流を選択
的に出力するインバータ出力部とを設けることとした。

【０００７】

【作用】３相出力だけでなく、２相出力も可能にし
たので、該インバータ装置の２相出力を用いることによ
り、進相コンデンサ無しで単相インダクションモータの
駆動が可能になった。そのため、インバータ装置の３相
出力により３相インダクションモータの速度制御が行え
るだけでなく、２相出力に切り換えることにより、単相
インダクションモータの速度制御も行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の概要を示すブロック図で
ある。図１において、１はインバータ出力部、２はゲー
ト制御部、３は中央制御部、４はパラメータ設定部、５
はＡＣ−ＤＣコンバータ、６はブレーキ制御部、７は３
相インダクションモータ、８は単相インダクションモー
タである。インバータ出力部１の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに
は、必要に応じて、３相インダクションモータ７あるい
は単相インダクションモータ８のいずれかを接続する。

【０００９】本実施例では、インバータ装置を、ＰＷＭ
（波形幅変調）方式で動作させている。ここで、ＰＷＭ
方式について簡単に説明する。図２は、ＰＷＭ方式を説
明するための図である。Ｐは、インバータ出力部１から
の出力電圧であり、Ｐ_1,Ｐ_2,・・・は、該出力電圧Ｐの
波形の一部を拡大して示したもので、出力電圧Ｐを形成
する各単位パルスである。このように、ＰＷＭ方式で
は、出力電圧Ｐを、多数の単位パルスＰ_1,Ｐ_2,・・・に
より形成し、出力周波数等に応じて、それら単位パルス
の波形幅と波形数とを適当な値に設定し、最適な実効電
圧を得るようにしている。

【００１０】次に、図１のものの動作を説明する。ＡＣ
−ＤＣコンバータ５で交流１００Ｖを直流１４０Ｖに変
換し、それを、ブレーキ制御部６を介してインバータ出
力部１に与える。インバータ出力部１を制御するゲート
信号は、ゲート制御部２から与えられるが、そのゲート
制御部２は、中央制御部３を介してパラメータ設定部４
から与えられるパラメータに従ってゲート信号を発生す
る。中央制御部３は、ＣＰＵ（中央処理装置）を内蔵し
ており、速度指定電圧Ｖ，停止信号ＢＬＡＫＥ，回転方
向指定信号ＣＷ，ＣＣＷ等を受けて、必要なパラメータ
をパラメータ設定部４から取り出してゲート制御部２や
ブレーキ制御部６に与え、それらを制御する。

【００１１】パラメータ設定部４からのパラメータによ
って、図２に示したような各単位パルスの波形幅及び波
形数のパターンが決定される。そのパラメータは、イン
バータ出力の１サイクル期間を多くの小区間に分割し、
各区間毎に上記単位パルスを出力させるか否かを指定す
る。

【００１２】図３は、パラメータの一例を示す図であ
る。図３において、００，０１，０２，・・・は、各小
区間に付した番号であり、Ｇ_1,Ｇ_2,・・・は、インバー
タ出力部１における各ゲート端子である。このようなパ
ラメータが、ゲート制御部２に与えられると、ゲート制
御部２は、各小区間００，０１，０２，・・・におい
て、信号１が与えられているゲート端子にだけゲート信
号を印加するように制御を行う。

【００１３】そのように使われるパラメータとして、３
相用の他に２相用のものも作成し、それぞれ、出力周波
数等に応じた各種のパターンを用意し、それらをＲＯＭ
（読出専用メモリ）等に各１サイクル分を単位として記
録しておく。その際、３相用のパラメータを記録したＲ
ＯＭと、２相用のパラメータを記録したＲＯＭとを別々
に作成し、必要に応じてそれらを差し替えて使うように
してもよいし、両方共１つのＲＯＭに記録してもよい。
いずれにしても、運転時には、出力周波数等に応じて、
そこから最適なパラメータを読み出し、それを繰り返し
てゲート制御部２に与える。

【００１４】インバータ出力部１からの出力周波数の設
定は、外部から与える速度指定電圧Ｖを調整することに
よって行う。その電圧を、中央制御部３に内蔵される電
圧−周波数変換器（図示せず）により所定の周波数を持
った信号に変換し、それによって決まるタイミングで、
上記パラメータをゲート制御部２に繰り返し与える。そ
の結果、上記速度指定電圧Ｖに応じた周波数を有する出
力が得られる。

【００１５】モータを停止させる場合は、停止信号ＢＬ
ＡＫＥを入力する。中央制御部３は、停止信号ＢＬＡＫ
Ｅが入力されると、パラメータ設定部４からブレーキ用
パラメータを取り出し、ゲート制御部２に与える。その
結果、ゲート制御部２は、ブレーキ用パラメータに基づ
いて、各巻線に直流電流を流すような一定のパターンを
持つゲート信号を、インバータ出力部１に対して与え
る。それと同時に、ブレーキ制御部６内にあるブレーキ
用ＭＯＳＦＥＴによって、オン−オフを繰り返えさせ
る。そうすることによって各巻線に間欠的な直流電流を
流し、適度な制動力を与える。

【００１６】図４は、インバータ出力部に３相インダク
ションモータを接続した状態を示す図である。符号は、
図１のものに対応し、１１〜１６はＭＯＳＦＥＴ、７
１〜７３は巻線である。ＭＯＳＦＥＴ１１〜１６は、
それぞれのゲート端子Ｇ₁〜Ｇ₆にゲート信号を印加す
ると導通し、印加を止めると非導通となる。

【００１７】巻線７１に注目すると、ＭＯＳＦＥＴ１
１，１４が同時に導通した時、端子Ｕから端子Ｖの方向
に電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ１３，１２が同時に導通
した時、上記とは逆方向に電流が流れる。したがって、
それらを交互に切り換えれば、巻線７１には交流電流が
流れる。巻線７２，７３についても同様に、各ＭＯＳＦ
ＥＴ１１〜１６を切り換えることにより交流電流を流す
ことができる。そして、各ＭＯＳＦＥＴ１１〜１６を
導通させるタイミングを調整して、各巻線７１〜７３に
流れる電流の位相差が１２０度になるようにすれば、３
相インダクションモータ７に３相交流が供給される。

【００１８】図５は、図４の場合のゲート信号の関係を
示す図である。図５は、１サイクル分の期間をＡ〜Ｆの
６区間に分け、各区間において○印が付いたゲート端子
にゲート信号を与えることを意味している。ただし、そ
のゲート信号は、図２に示したような出力とするため断
続した信号となる。このようなタイミングで各ゲート端
子Ｇ₁〜Ｇ₆にゲート信号を与えることによって、位相
差１２０度の３相交流が出力される。

【００１９】図６は、３相インダクションモータを駆動
する場合の各相の電圧波形と電流波形を示す図である。
各相には、それぞれ、１２０度ずつ位相のずれた電圧が
出力されている。実際の電圧波形は、図２に示すような
波形になるが、ここでは、便宜上大きな矩形波で示して
いる。そして、各相の巻線にはそれより位相が遅れたほ
ぼ正弦波状の電流が流れる。電流についても、実際の波
形には、多数の小さなパルスが重畳された波形になる
が、ここでは便宜上正弦波で示している。

【００２０】図６に示す区間Ａ〜Ｆは、図５のものにお
ける区間Ａ〜Ｆに対応している。図５の例では、区間Ａ
の間、ゲート端子Ｇ_1,Ｇ_2,Ｇ_4,Ｇ₅にゲート信号が印加
されるが、その内、ゲート端子Ｇ_1,Ｇ₄へのゲート信号
により、ＭＯＳＦＥＴ１１，１４が同時に導通して、
Ｕ相の電圧が正となっている。また、ゲート端子Ｇ_5,Ｇ
₄へのゲート信号により、ＭＯＳＦＥＴ１５，１４が
同時に導通して、Ｖ相の電圧が負となっている。そして
また、ゲート端子Ｇ_5,Ｇ₂へのゲート信号により、ＭＯ
ＳＦＥＴ１５，１２が同時に導通して、Ｗ相の電圧が
正となっている。以下、区間Ｂ〜Ｆも同様に、各ゲート
信号により、それぞれのＭＯＳＦＥＴが導通して、図
６に示すような出力が発生している。

【００２１】ところが、ＭＯＳＦＥＴ１１と１２，Ｍ
ＯＳＦＥＴ１３と１４，ＭＯＳＦＥＴ１５と１６は、
それぞれ同時に導通させると正極と負極の間が短絡状態
になってしまうので、同時に導通させることはできな
い。そのため、ゲート端子Ｇ₁，Ｇ₂、ゲート端子
Ｇ₃，Ｇ₄、ゲート端子Ｇ₅，Ｇ₆には、図３における
同一の小区間００，０１，０２，・・・において、それ
らゲート端子間で１が重ならないようにパラメータを設
定する必要がある。

【００２２】図７は、インバータ出力部に単相インダク
ションモータを接続した状態を示す図である。符号は、
図１，図４のものに対応し、８１，８２は巻線である。
巻線８１に注目すると、ＭＯＳＦＥＴ１１とＭＯＳ
ＦＥＴ１４が同時に導通した時、端子Ｕから端子Ｖの方
向に電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ１３，１２が同時に導
通した時、上記とは逆方向に電流が流れる。したがっ
て、それらを交互に切り換えれば、巻線７１には交流電
流が流れる。巻線８２についても同様に、各ＭＯＳＦ
ＥＴ１３〜１６を切り換えることにより交流電流を流す
ことができる。そして、各ＭＯＳＦＥＴ１１〜１６を
導通させるタイミングを調整して、巻線８１と巻線８２
に流れる電流の位相差が９０度になるようにすれば、単
相インダクションモータ８に２相交流が供給される。

【００２３】図８は、図７の場合のゲート信号の関係を
示す図である。図８は、１サイクル分の期間をＡ〜Ｄの
４区間に分け、各区間において○印が付いたゲート端子
にゲート信号を与えることを意味している。ただし、そ
のゲート信号は、図２に示したような出力とするため断
続した信号となる。このようなタイミングで各ゲート端
子Ｇ₁〜Ｇ₆にゲート信号を与えることによって、位相
差９０度の２相交流が出力される。

【００２４】図９は、単相インダクションモータを駆動
する場合の各相の電圧波形と電流波形を示す図である。
各波形については、図６のものと同様、便宜上大きな矩
形波と正弦波で示している。各相には、それぞれ、９０
度位相がずれた電圧が出力されている。そして、各相の
巻線にはそれより位相が遅れたほぼ正弦波状の電流が流
れる。図９に示す区間Ａ〜Ｄは、図８のものにおける区
間Ａ〜Ｄに対応している。図８の例では、区間Ａの間、
ゲート端子Ｇ_1,Ｇ_2,Ｇ_3,Ｇ₆にゲート信号が印加される
が、その内ゲート端子Ｇ_3,Ｇ₂へのゲート信号により、
ＭＯＳＦＥＴ１３，１２が同時に導通して、Ｖ相の電
圧が正となっている。また、ゲート端子Ｇ_1,Ｇ₆へのゲ
ート信号により、ＭＯＳＦＥＴ１１，１６が導通し
て、Ｗ相の電圧が負となっている。以下、区間Ｂ〜Ｄも
同様に、各ゲート信号により、それぞれのＭＯＳＦＥ
Ｔが導通して、図９に示すような出力が発生している。

【００２５】ところで、区間Ａ，Ｃにおいては、ゲート
端子Ｇ₁，Ｇ₂の両方にゲート信号が印加されることに
なるが、この場合も、ＭＯＳＦＥＴ１１と１２とが同
時に導通して、正極と負極の間が短絡状態になってしま
うのを防止するため、ゲート端子Ｇ₁，Ｇ₂には、図３
における同一の小区間００，０１，０２，・・・におい
て、それらゲート端子の間で１が重ならないようにパラ
メータを設定する必要がある。

【００２６】図１０は、ゲート制御回路の一例を示す図
である。図１０において、１１，１２はＭＯＳＦＥ
Ｔ、２１，２２はフォトカプラー、２３〜２６はトラン
ジスタである。ＭＯＳＦＥＴ１１，１２はインバータ
出力部１中のもので、このゲート制御回路は、それらの
ゲート端子Ｇ_1,Ｇ₂にゲート信号を与えるためのもので
ある。なお、インバータ出力部１の他のゲート端子Ｇ₃
〜Ｇ₆にも同様な回路が接続される。

【００２７】端子ｇ_1,ｇ₂には、前記パラメータ設定部
４から取り出したパラメータが極性を反転して与えられ
る。端子ｇ₁に信号が与えられていない状態では、フォ
トカプラー２１のトランジスタが非導通であり、トラン
ジスタ２３も非導通である。また、その時、トランジス
タ２４は、導通状態にあり、ＭＯＳＦＥＴ１１は非導
通となっている。一方、端子ｇ₁に信号が与えられる
と、フォトカプラー２１のトランジスタが導通する。そ
れが導通すると、トランジスタ２３が導通すると共に、
トランジスタ２４は非導通となり、ＭＯＳＦＥＴ１１
はゲートに正の電圧が印加されて導通する。

【００２８】ＭＯＳＦＥＴ１２についても同様に、端
子ｇ₂に信号が与えられた時導通する。他のＭＯＳＦ
ＥＴ１３〜１６も同様である。このようにして、パラメ
ータ設定部４からのパラメータに従って、ＭＯＳＦＥ
Ｔ１１〜１６のオン−オフが制御される。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明のインバータ装
置によれば、３相出力だけでなく、２相出力も可能にし
たので、該インバータ装置の２相出力を用いることによ
り、進相コンデンサ無しで単相インダクションモータの
駆動が可能になった。そのため、インバータ装置の３相
出力により３相インダクションモータの速度制御が行え
るだけでなく、２相出力に切り換えることにより、単相
インダクションモータの速度制御も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概要を示すブロック図

【図２】ＰＷＭ方式を説明するための図

【図３】パラメータの一例を示す図

【図４】インバータ出力部に３相インダクションモー
タを接続した状態を示す図

【図５】図４の場合のゲート信号の関係を示す図

【図６】３相インダクションモータを駆動する場合の
各相の電圧波形と電流波形を示す図

【図７】インバータ出力部に単相インダクションモー
タを接続した状態を示す図

【図８】図７の場合のゲート信号の関係を示す図

【図９】単相インダクションモータを駆動する場合の
各相の電圧波形と電流波形を示す図

【図１０】ゲート制御回路の一例を示す図

【図１１】単相インダクションモータの概要を示す図

【符号の説明】

１…インバータ出力部、２…ゲート制御部、３…中央制
御部、４…パラメータ設定部、５…ＡＣ−ＤＣコンバー
タ、６…ブレーキ制御部、７…３相インダクションモー
タ、８…単相インダクションモータ、１１〜１６…ＭＯ
ＳＦＥＴ、２１，２２…フォトカプラー、２３〜２６
…トランジスタ、７１〜７３，８１，８２…巻線、８３
…進相コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相出力用のパラメータ及び２相出力用
のパラメータを選択的に出力可能なパラメータ設定部
と、該パラメータに従ってゲート信号を発生するゲート
制御部と、該ゲート信号によりスイッチング素子を開閉
制御して３相交流及び２相交流を選択的に出力するイン
バータ出力部とを有することを特徴とするインバータ装
置。