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JPS6373898A - インバ−タ装置 - Google Patents

インバ−タ装置

Info

Publication number
JPS6373898A
JPS6373898A JP61216620A JP21662086A JPS6373898A JP S6373898 A JPS6373898 A JP S6373898A JP 61216620 A JP61216620 A JP 61216620A JP 21662086 A JP21662086 A JP 21662086A JP S6373898 A JPS6373898 A JP S6373898A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
magnetic flux
voltage
inverter
flux command
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61216620A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiyunsuke Azehara
畦原 俊介
Sachio Ueno
上野 佐千夫
Tsutomu Sesato
瀬里 力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP61216620A priority Critical patent/JPS6373898A/ja
Priority to PCT/JP1987/000663 priority patent/WO1988002195A1/ja
Priority to DE19873790557 priority patent/DE3790557T1/de
Priority to US07/199,035 priority patent/US4905135A/en
Priority to GB8811305A priority patent/GB2204160B/en
Publication of JPS6373898A publication Critical patent/JPS6373898A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • 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
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
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    • H02M7/53871Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077Characterised by the use of a particular software algorithm
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/047V/F converter, wherein the voltage is controlled proportionally with the frequency

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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、誘導電動機に印加する電圧の周波数を変えて
電動機の回転数を制御するインバータ装置に関するもの
である。
従来の技術 一般に、誘導電動機をインバータで運転するときは、可
変電圧・可変周波数制御く以下VVV F制御と称す)
を行っている。これはインバータの出力周波数を変化さ
せてもモータの磁束は常に一定七なる様に制御するもの
で、基本的にはモータ印加電圧Vとモータ印加周波数F
の比、つまりV 、/ F比を一定にしている。
上記形式の従来の装置の一例を第7(°4に示す。
■は三相又は単相の電源で、この場合は三相電源で構成
されている。2はインバータ装置のコンバータ部(順変
換部)、3はインバータ部(逆変換部)である。4は誘
導電動機であり、インバータ部3と三相接続されている
。12は外部からの出力周波数信号に比例したパルス幅
変調信号(以下PWM信号と称す)を発生するPWM信
号発生回路で、このPWM信号発生回路12から発生す
るPWM信号を゛フォトカプラ等で絶縁してドライバー
回路10へ伝達し、インバータ部3のパワートランジス
タ、GTO、サイリスタ等のスイッチング素子のベース
信号又はゲート信号となる。
次にPWM信号発生回路12の構成について説明する。
この回路は、メモリーマイクロコンピュータを主体とす
る回路であり、この回路で発生するPWM信号の原理の
一例を第8図に示す。第8図(a)は高出力周波数時、
(b)は低出力周波数時を表している。第8図(a)で
、13は三角波信号、14,15.16は正弦波信号で
、正弦波信号はそれぞれ120°の位相差がある。U相
端子電圧は正弦波信号14と三角波信号13の比較で、
V相端子電圧は正弦波信号14に対して120°の位相
差の正弦波信号15と三角波信号13との電圧比較で、
又W相端子電圧は正弦波信号15に対し120°の位相
差の正弦波信号16との電圧比較でそれぞれ得られる。
ここでVVVF制御を行うときは、正弦波信号14.1
5.16の波高値と三角波信号13の波高値の比を周波
数によって変化させ、高周波時はモータ印加電圧を大き
く、低周波時は小さくして常にモータ印加電圧と周波数
の比が一定となるように制御している。
以上の原理により、PWM信号発生回路12でPWM信
号を発生し、インバータ部3のスイッチングタイミング
を決定する。なおこの際インバータ部:3の複数個のス
イッチング素子のうち直列に接続された上下素子の同時
点弧による短絡現象を防止する為に短絡時1E期間(以
下短絡時1ト期間tdと称す)を設けている。この短絡
時[上期間tdについては、「三菱電機技報JVO1,
58・No、12・1984の28 (834)ページ
図6に記載されており詳細は省く。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記従来の構成では、前記短絡時1F期間
tdによる波形歪はキャリア周波数の増大に伴って増大
することと、PWM信号発生回路のマイクロコンピュー
タの演算時間の限度を前置するとキャリア周波数は5K
Hz稈度が限度であり、このキャリア周波数が加撮源と
なって、モータの騒音が発生するという欠点を有してい
る。
本発明は上記問題点に鑑み、キャリア周波数を非可聴周
波数にしてなおかつ波形歪の小さい、低騒音モータ駆動
のインバータ装置を提供するものである。
問題点を解決するための手段 本発明は上記従来の問題点を解決するもので、磁束指令
信号発生回路を外部からの周波数指令に比例した周波数
の磁束指令信号とインバータ出力電圧を積分する積分回
路より出力されるモータ電圧積分信号の誤差を増幅して
得られる変調波信号と、非可聴周波数のキャリア周波数
である三角波信号とを比較することによってPWM信号
を発生するという構成になっている。
作用 本発明は上記した構成によって、磁束信号を主体に制御
し、インバータの出力は電圧を印加しているものの制御
の系を電圧の積分である磁束レベルで行っているため特
にVVVF制御の様に電圧と周波数を同時に変更する必
要はなく、また短絡時1F期間tdは、インバータ出力
電圧フィードパ・ツクループの中で補正され出力波形に
及ぼす悪影響は小さくキャリア周波数を非可聴周波数に
することが可能となる。
実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
第1図において、1は電源、2はコンバータ部、3はイ
ンバータ部、4は誘導電動機、5は外部からのインバー
タ出力周波数信号に比例した周波数の磁束指令信号を発
生する磁束指令信号発生回路である。インバータ部3か
ら電動機4に印加する三相の電圧をそれぞれ積分回路6
で精分し、この積分回路6で得られたモータ電圧積分信
号を三相の磁束指令信号にそれぞれフィードバックして
、演算増幅器から成る誤差増幅回路7で増幅し変調波を
発生する。8は比較回路で、三角波発生回路9で発生す
るキャリア周波数信号と上記変調波を比較してPWM信
号を発生する。このPWM信号は、ドライバー回路10
を通してインバータ部3のスイッチング素子のベース信
号又はゲート信号となる。ドライバー回路10には前記
短絡防止期間tdを設けである。]1は自動磁束低減回
路である。
次に個々の構成・動作について説明する。
まず、磁束指令信号発生回路5の詳細を第2図に示す。
第2図で5aは外部からのインバータ出力周波数信号が
入力されるV/Fコンバータ、5bはメモリーで、磁束
波形のデータが記憶されている。5cはメモリー5bを
アドレスするカウンタ、5dはメモリー5bから出力さ
れる磁束波形のディジタル信号に波高値信号をかけ合わ
せて位相がそれぞれ120゛づつずれた三相の磁束指令
信号を発生するD/Aコンバータである。
この磁束指令信号発生回路5で発生する磁束指令信号の
波高値信号をΦs1外部からの周波数指令に比例した磁
束波形をsinwtとすると、磁束指令信号はΦsXs
inwtとなり、誤差増幅回路7、比較回路8、ドライ
バー回路10、インバータ部3等で増幅されるゲインの
合計を61短絡防止期間tdやパワースイッチング素子
のスイッチング遅れ、信号の遅れ等の外乱による影響を
Δv1インバータ部3の出力電圧をVM、 精分回路6
の伝達関数を1/(SXT)、(Tは積分回路の時定数
)とすると、次式が成り立つ。
SxT×ΦsX si n w t− +□×ΔV +1 (1)式でゲインGが十分大きいと次式が成り立つ。
V+acx:WxTxΦs x s  i n w t
   −(2)(2)式は、磁束指令信号ΦsXsin
wtの波高値信号ΦSが一定であれば自動的にV/F比
一定のVVVF制御となることを表している。また、ゲ
インGが十分大きいとVXに対するΔVの影響は低減し
、キャリア周波数を非可聴周波数にしても波形歪に大き
く影響することはない。
次に第:3図に、一般にインバータ装置で誘導電動機を
駆動して、VVVF制御領域からV一定制御領域へ移行
する場合のインバータ出力電圧−出力周波数特性図を示
す。第3図ではFoより低い出力周波数領域はV/F比
一定の定トルク特性を意味し、Foより高い出力周波領
域は、■一定の定出力特性を意味する。
モータの磁束をΦ、インバータ出力電圧をV3インバー
タ出力周波数をfとすると次式が成り立つ。
Φ ■ fV鷺dt、  ■ V鷺/f   −(3)
(3)式より出力周波数がFo以上になって■一定の1
制御を行う場合はモータの磁束VMを出力174波数f
に反比例さぜる。
本実施例において、■−一定御を行う場合は前記(2)
式より磁束指令信号発生回路5で発生される磁束指令信
号Φsxsinwtの波高値信号ΦSを角速度Wに反比
例させる。そのための回路が第1図の自動磁束低減回路
11であり、第4図にその詳細を示す。
第4図で、lla、llb、Iic、lid。
1、1 eは固定抵抗器、llfは演算増幅器、11g
はコンデンサ、11hはトランジスタ、111には第二
3図のVVVF制御から■−一定御へ移行する出力周波
数Foのとき誤差増幅回路7で出力される変調波信号の
ピーク電圧値を与える。
以下、この自動磁束低減回路14の動作について説明す
る。誤差増幅回路7から発生する三相の変調波の一相又
は複数のピーク電圧が上記11iの電圧値より太き(な
ると、その差の電圧が反転増幅され固定抵抗器11Cと
コンデンサl1gで平滑された電圧となり、トランジス
タllhが動作してトランジスタ111]のコレクタに
接続されている磁束指令信号発生回路5の波高値信号Φ
Sの電位を下げる。そのため、誤差増幅回路7がら出力
される変調波のピーク電圧は常に上記11iの電圧値と
同じになる。以−ヒの動作により、周波数が変化しても
誤差増幅回路7で増幅される変調波信号のピーク電圧は
自動的に一定となり、インバータ部3からの出力電圧も
常に一定となる。
なお本実施例では、誤差増幅回路7で増幅される変調波
信号を正弦波さし、モータに印加するインバータ出力電
圧を正弦波としているが、他の実施例として第5図に示
す波形をインバータ出力電圧波形とする。第5図は三相
のうちの一相のインバータ出力電圧波形で他の二相はそ
れぞれ120°。
240°ずれている。この図に於いて、Wは角速度、W
○は−rンバータ出力電圧の実効値が最大となるときの
角速度、Eは第1図のコンバータ部2から出力される直
流電圧で、以下にインバータ出力電圧波形とインバータ
出力電圧の実効値の関係について述べる。
第1図で、電源電圧の実効値をvr1インバータ邪の出
力電圧を三相それぞれVu、Vv、V+、vとする。コ
ンバータ部に無限大界≠のコンデンサがある場合には、 E = −/’2 X V rとなる。
ここでインバータ部出力電圧波形を正弦波とすると、以
下の式が成り立つ。
Vu= (E/2)Xs i nwt = (] / J2) X V r X s i n 
w tVv= (E/2)Xs in (wt−120
°)−(1/r2)xVrXs in (wt−120
°)線間電圧Vu−vは、 Vu−y=f3×(]/、r2)XVrXs i n(
w t + 30°) となり線間電圧の実効値V(u−v)rは、V (u−
v) r= (1/J2.) x、/3 x (1/−
’2)X V r ’= 0 、866 X V rと
なり、インバータの出力電圧波形が正弦波の場合、電源
電圧の86 、6 %の電圧がモータに印加される。
次に第5図に示す波形を出力電圧とした場合について示
す。この波形は正弦波に3の倍数で奇数次の高調波を含
ませたもので、この波形の基本波及び0次高調波(nは
2以上の整数)を下式に示す。
基本波 Vu= (2/−r3)X (w/wo)XEXsin
wt 0次高調波(nは2以上の整数) VIJ= (2/K)X (W/WO)XEX (2X
cos−π−1) こ、こて、第4図のインバータ出力電圧波形とインバー
タ出力電圧の実効値を考える際は基本波について考えれ
ば良い。インバータ出力電圧の三相のうちの一相の基本
波をVu、他の二相のうちの一相の出力電圧の基本波を
Vvとすると、Vu、Vvは下式である。
Vu=(2/J3)×(1/J2)×■rsinwt VV= (2/−r3)× (1/J2) XVrXs
  i  n  (wt−120”)線間電圧Vu−V
は VIJ−v=J3 X (2/J′3) X (1/J
2)xVrXs i n (wt、+30°)となり、
線間電圧の実効値V(u−v)rはV (u−v)r=
 (1/72)xf3X (2/−r3)X (1/J
2)XVr=Vrとなり、第5図インバータ出力電圧波
形の場合、電源電圧の100%の電圧がモータに印加さ
れることになる。
この実施例では、インバータ出力電圧波形を第5図に示
す波形にするため、第2図のメモリー5bに第5図の波
形の積分値のデータを記憶させている。
更に本発明の実施例で、電源電圧に変動があった場合の
インバータ出力周波数−出力電圧の関係を第6図(a)
に、従来例で電源電圧に変動があった場合のインバータ
出力周波数−出力電圧の関係を第6図(b)に示すが、
従来例では、インバータ出力電圧はコンバータ部の出力
である直流電圧に対して、つまり電源電圧に対してのV
 、/ F比一定のVVVF制御ということで、電源電
圧に変動があった場合、電源電圧の変動に伴ってV/F
比が変動するためVVVF制御をしている範囲で、同じ
出力周波数に対して異なった出力電圧を発生するが、本
発明の実施例の場合、VVVF制御をしている範囲での
V/F比は磁束指令信号発生回路5の波高値信号ΦSで
決定されるため電源電圧に変動があっても同じ出力周波
数では同じ出力電圧となる。更に本発明の実施例ではV
VVF制御からV一定制御へ移行する境界周波数は、電
源電圧の変動に伴って第6図(a)に示すように変動す
る。
発明の効果 以」−のように本発明は、外部からの周波数指令に比例
した磁束指令回路にモータ印加電圧を積分した信号をフ
ィードバックしてマイナーループを構成しているために
キャリア周波数を非可聴周波数にしても、スイッチング
素子の短絡防fト期間tdによる波形歪が小さく、低騒
音でモータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
第】図は本発明の一実施例におけるインバータ装置の電
気的構成図、第2図は磁束指令回路の具体的な構成を示
す図、第3図はインバータの出力電圧対出力周波数特性
図、第4図は自動磁束低減回路の具体的な構成を示す図
、第5図は地の実施例におけるインバータ出力電圧波形
を表す図、第6図は電源電圧に変動がある場合のインバ
ータ出力電圧対出力周波数特性を表す図で、(a>は従
来例、(b)は本発明の一実施例を示す。第7図表す図
である。 5・・・・・・磁束指令信号発生回路、6・・・・・・
積分回路、7・・・・・・誤差増幅回路、8・・・・・
・比較回路、9・・・・・・三角波発生回路、11・・
・・・・自動磁束低減回路、12・・・・・・PWM信
号発生回路。 第2図 11′ 第3図 上刃るIX4グ (「ン N4図 第6図 (V)↑

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)外部からのインバータ出力周波数信号に比例した
    周波数の磁束指令信号を発生する磁束指令信号発生回路
    と、電動機へ電力を供給するインバータの出力電圧を積
    分する積分回路と、積分回路より出力されるモータ電圧
    積分信号と、前記磁束指令信号発生回路より出力される
    磁束指令信号の誤差を増幅する誤差増幅回路と、キャリ
    ア周波数信号を発生する三角波発生回路とを有し、誤差
    増幅回路の信号と、三角波より成るキャリア周波数信号
    の比較よりパルス幅変調信号を発生するインバータ装置
  2. (2)磁束指令信号に正弦波を用いる特許請求の範囲第
    1項記載のインバータ装置。
  3. (3)磁束指令信号に、正弦波とそれの3の倍数で且つ
    奇数の次数の高調波成分を含ませた信号を積分した波形
    を用いる特許請求の範囲第1項記載のインバータ装置。
  4. (4)インバータの出力周波数が、可変電圧・可変周波
    数制御領域から電圧一定領域へ入った時、出力周波数に
    反比例して前記磁束指令信号の波高値を下げる自動磁束
    低減回路を備えた特許請求の範囲第1項記載のインバー
    タ装置。
JP61216620A 1986-09-12 1986-09-12 インバ−タ装置 Pending JPS6373898A (ja)

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US07/199,035 US4905135A (en) 1986-09-12 1987-09-07 Inverter apparatus
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