JP2506644Y2 - パルス幅変調制御インバ―タの電圧調節器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、インバータの電圧指令値と出力電圧検出
値とから、パルス幅変調の通流率を制御するパルス幅変
調制御インバータの電圧調節器に関する。

〔従来の技術〕

パルス幅変調制御インバータ（以下ではPWMインバー
タと略記する）の出力電圧を制御するには、比例積分演
算器で構成されている電圧調節器を使用するのが一般的
であって、この電圧調節器に、インバータの出力電圧を
検出した電圧検出値と、電圧設定器で設定した電圧指令
値との偏差を入力し、この入力偏差を零にするべく、当
該電圧調節器が出力する制御信号で、パルス幅変調の通
流率を制御することにより、PWMインバータの出力電圧
を電圧指令値に一致させている。

ところで、パルス幅変調の通流率は、ある値よりも大
きくしてもインバータ出力電圧はもはや増加しなくなる
というパルス幅変調波形上の制約があるために、電圧調
節器の出力を所定値以上に大きくしても無意味である。
そこで、この電圧調節器には、上述の所定値を越えた値
を出力しないように、上限リミッタを付加しているが、
下限リミッタは付加しないのが通常であり、また下限リ
ミッタが存在する場合でも、それを零レベルに設定して
いた。

第３図はPWMインバータの１相分を示した主回路接続
図である。

PWMインバータは、この第３図に示すように、スイッ
チング素子としてのトランジスタ11Pと11Nとを直列に接
続し、これを直流電源10の正負極間に接続するととも
に、各トランジスタ11Pと11Nには、それぞれフライホイ
ールダイオード12Pと12Nとを逆並列接続することで、１
相分を形成している。なお符号13は負荷である。

PWMインバータは、正極側のトランジスタ11Pと負極側
のトランジスタ11Nとを交互にオンにするのであるが、
両トランジスタ11Pと11Nとが同時にオンとなる、いわゆ
るアーム短絡事故を防止するために、このトランジスタ
のターンオフ時間よりも長い期間、両トランジスタ11P
と11Nの両者にオフ指令を与えつづける必要があり、こ
の期間をデッドタイムと称している。

第３図において、トランジスタ11Pがオンしていると
きは、正極→トランジスタ11P→負荷13という経路Ａで
電流が流れており、このときの負荷13の電位は正であ
る。ここでトランジスタ11Pがオフすることでデッドタ
イムになったとき、負荷13には電流が流れつづけなけれ
ばならないために、フライホイールダイオード12Nが導
通し、負極→フライホイールダイオード12N→負荷13な
る経路Ｂで電流が流れることになり、このときの負荷13
の電位は負となる。

すなわち、このデッドタイム中は、インバータ出力電
圧の極性が、電流の流れる方向のみによって決定され、
制御することができないので、これがPWM波形に対する
誤差の原因になっていることは、良く知られている事実
である。

第４図は第３図に示す主回路接続図の動作をあらわし
たタイムチャートであって、第４図（イ）は正極側のト
ランジスタ11Pの点弧信号、第４図（ロ）は負極側のト
ランジスタ11Nの点弧信号、第４図（ハ）は負荷13の電
位の変化を、それぞれがあらわしている。

この第４図に示すように、時刻T₀からT₂までの期間が
デッドタイムであり、時刻T₀からターンオフ時間が経過
してトランジスタ11Pがオフとなる時刻T₁からトランジ
スタ11Nがオンとなる時刻T₂までが上述の誤差電圧を生
じる期間となる。

そしてこの誤差電圧は、電流がインバータから負荷13
の方向へ流出するときの電流極性を正とするならば、第
４図（ハ）に示すように負である。すなわち電流方向と
は逆極性の誤差電圧を発生する。それ故、一周期平均で
考えると、電圧と電流の位相差が90度よりも小であると
きは、電圧減少方向に誤差がでる。また位相差が90度以
上遅れのとき、たとえばインバータの負荷である電動機
が回生運転中のとき、あるいは位相差が90度以上進みの
ときには、電圧を増加させる方向に誤差を生じる。そし
てこの誤差電圧の大きさは、パルス幅変調の方式にもよ
るが、定格電圧の数パーセントに達することもあって無
視できない。

〔考案が解決しようとする課題〕

このことを電圧調節器側から考えてみると、電圧増加
方向の誤差の場合は、この誤差電圧よりも小さな電圧指
令値が入力しているときは、電圧調節器は通流率を下げ
る方向に飽和しようとする。そこで通流率が零になる
と、この誤差電圧はそれ自身では起電力を有しないので
電流が減少し、この電流が流れなくなった時点で誤差電
圧は消滅することになる。

しかし、次の瞬間に検出値零であることから電圧調節
器が通流率をつき上げ、再び電流が突入して当初の状態
に戻ることになる。

上述したような電流の消滅と突入の繰返しは、インバ
ータにとっても負荷にとっても不都合なことである。そ
れ故、電圧指令の最小値をこの誤差電圧よりも大きく設
定することで、この電流断継の繰返しを解消させる方法
もあるが、このようにすると、誤差が電圧減少方向の場
合で零に近い低電圧を発生できる場合でも、この誤差電
圧よりも高い電圧指令値が、出力電圧の下限になってし
まう不都合があった。

そこでこの考案の目的は、電圧調節器の逆方向への飽
和が電流断続状態になるのを防止するとともに、誤差が
電圧減少方向の場合には、十分に低い電圧を出力できる
ようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この考案の電圧調節器
は、インバータ出力電圧が電圧指令値に一致するよう
に、電圧調節器の出力でパルス幅変調の通流率を制御し
ているパルス幅変調制御インバータにおいて、電圧指令
値の振幅の最小値より小さくかつ零より大きい値を出力
して最小の通流率を維持させる出力下限リミッタを電圧
調節器に付加するものとする。

〔作用〕

この考案は、電圧調節器が逆方向に飽和した場合で
も、所定の（たとえば通電を持続できる程度に小さな
値）通流率を実現する値を出力できるように、この電圧
調節器に出力下限リミッタを付加することで、電流継続
の防止と、十分に低い電圧の出力とができるようにする
ものである。

〔実施例〕

第１図は本考案の実施例をあらわした回路図である。

この第１図は、２台の演算増幅器31と32とを２段構成
にして比例積分動作を行う電圧調節器３をあらわしてい
る。

この電圧調節器３は、電圧設定器２が設定する電圧指
令値と、図示していないインバータからフィードバック
されてくる電圧検出値との偏差を入力しており、比例積
分動作により、この入力偏差を零にする制御信号を出力
して、パルス幅変調の通流率を制御する。

本考案においては、ダイオード４と下限リミッタ設定
器５とで構成している下限リミッタ回路を、この電圧調
節器３に付加し、下限リミッタ設定器５を適切に設定す
ることで、前述したように電流の断続防止と十分に低い
電圧の出力とを可能にする。

第２図は第１図に示す実施例回路の電圧設定状態をあ
らわした電圧状態図である。

この第２図に示すように、電圧調節器下限リミット値
は、電圧指令値よりは小であるが、零よりは大きい値、
すなわち通電を持続できる程度に小さな通流率となる値
となるように設定しているので、電圧増加方向の誤差の
場合でも通流率が零になることがなく、電流断続を防止
できるし、電圧減少方向の誤差の場合に、出力電圧が電
圧指令最小値まで低下しないおそれを解消する。

〔考案の効果〕

この考案によれば、電圧調節器に下限リミッタを設け
て、当該電圧調節器の出力が電圧指令値最小値より下廻
った値を出力できる構成にすることで、PWMインバータ
が出力する電圧をこの電圧指令最小値まで低下させるこ
とができるし、かつこの下限リミッタ設定値が、パルス
幅変調の通流率を零より大きな有限な値にするため、電
流が断続する不都合を解消する効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例をあらわした回路図、第２図は
第１図に示す実施例回路の電圧設定状態をあらわした電
圧状態図であり、第３図はPWMインバータの１相分を示
した主回路接続図、第４図は第３図に示す主回路接続図
の動作をあらわしたタイムチャートである。 ２…電圧設定器、３…電圧調節器、４…ダイオード、５
…下限リミッタ設定器、10…直流電源、11N,11P…トラ
ンジスタ、12N,12P…フライホイールダイオード、13…
負荷、31,32…演算増幅器。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータ出力電圧が電圧指令値に一致す
   るように、電圧調節器の出力でパルス幅変調の通流率を
   制御しているパルス幅変調制御インバータにおいて、 電圧指令値の振幅の最小値より小さくかつ零より大きい
   値を出力して最小の通流率を維持させる出力下限リミッ
   タを電圧調節器に付加することを特徴とするパルス幅変
   調制御インバータの電圧調節器。