JP2874321B2 - インバータの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、誘導電動機駆動用インバータの制御装置に
関するものである。

従来の技術 近年、インバータが急速に普及し、それに伴って電源
の電圧変動の多い環境で、あるいは、さまざまな電源電
圧のもとでインバータが使用される機会が増えてきてお
り、電源電圧が異なってもインバータの出力特性を一定
にしたいという要望が強くなってきている。

従来、この種の要望に対して電源電圧を検出して出力
電圧を補正する方法としては、たとえば、電気学会論文
誌105巻６号の論文「60−B61」にみられるように、第３
図に示すような構成が一般的であった。

以下、その構成について第３図を参照しながら説明す
る。

第３図は従来のインバータ装置およびその制御装置の
ブロック図であり、１は交流電源、２は交流電源１の出
力を直流に変換する順変換器、３は順変換器２の出力を
平滑するコンデンサ、４は直流を交流に変換する逆変換
器、５は逆変換器４の出力で駆動される誘導電動機、６
は逆変換器４の出力周波数を設定する周波数設定手段、
７は周波数設定手段６の出力に基づいて刻々の出力周波
数を設定する加減速制御手段、10はコンデンサ３によっ
て平滑された直流電圧を検出する直流電圧検出手段、12
は加減速制御手段７の出力に基づいて逆変換器４の出力
電圧を設定する出力電圧設定手段、13は直流電圧検出手
段10の出力に基づいて出力電圧の補正係数を計算する補
正係数設定手段、14は補正係数設定手段13の出力に基づ
いて出力電圧設定手段12の出力を補正する出力電圧補正
手段、15は出力電圧補正手段14の出力に基づいて逆変換
器４を構成するスイッチング素子を制御するオン・オフ
信号を生成する波形生成手段、16は波形生成手段15の出
力を逆変換器４に与える信号増幅回路である。

上記構成において、交流電源１に接続された順変換器
２で直流に変換された出力はコンデンサ３で平滑化さ
れ、逆変換器４で所定の周波数と電圧の交流に変換され
誘導電動機５に交流電力として供給される。また、周波
数設定手段６で設定された周波数は加減速制御手段７を
通して刻々の、例えば1ms毎の出力周波数設定に変換さ
れ出力電圧設定手段12に入力される。これを受けて出力
電圧設定手段12では、逆変換器４のスイッチング素子の
スイッチング周期毎に３相分の出力電圧を計算される。
このとき、交流電源１の電圧は正規であると仮定して算
出される。他方、直流電圧検出手段10でコンデンサ３で
平滑化された電圧を検出し、補正係数設定手段13で交流
電源１の電圧が正規の電圧である場合との比を補正係数
として計算し、出力電圧補正手段14に入力される。出力
電圧補正手段14で出力電圧設定手段12の出力と補正係数
設定手段13の出力の積が計算され、最終的な電圧設定と
して波形生成手段15に入力される。これを元に波形生成
手段15ではスイッチング周期からオン・オフの時間が決
定され、スイッチング素子を制御する信号として信号増
幅回路16を介して逆変換器４に与えられる。

以上で述べた動作により、交流電源１の電源が変動し
ても誘導電動機５に供給される電圧をほぼ一定に保つこ
とが可能である。ただし、逆変換器４の出力波形を台形
波や矩形波に近づけない限り、交流電源１の電圧以上の
電圧を出力することは不可能であり、補正にも限界があ
ることはいうまでもない。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、直流電圧検出手
段10の検出処理時間遅れが無視できない場合、例えばA/
D変換の方法や波形生成手段15での処理を優先させるな
どの理由で数mS遅れる場合は、補正したために逆に出力
電圧が不安定になる時があるなど不都合な面があった。
特に、急加速の場合は、誘導電動機５に流れる負荷電流
が一時的に増加してコンデンサ３の平滑化能力が不足
し、リップルが増えて補正に悪影響を与えたり、また、
交流電源１の電圧が正規よりも高いときの急減速の場合
は回生電圧が補正をしないときよりも高くなる場合があ
るなど不都合なことが多かった。

本発明は上記課題を解決するもので、電源電圧の検出
や補正係数設定の時間遅れが多少大きくても良好な補正
効果をもたらすインバータ制御装置を提供することを目
的としている。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、周波数比較手段
と、前記周波数比較手段の状態が変化した時点で直流電
圧検出手段の出力を記憶する直流電圧記憶手段と、前記
周波数比較手段の出力が定速状態を検出してから所定の
時間を測定するタイマとを備え、出力電圧を補正する係
数を複数個の中から選択的に使用できるように構成した
ものである。

作用 本発明は上記の構成により、通常は直流電圧検出手段
の出力を参照して補正係数を計算し、加速や減速をして
直流電圧のリップルが多くなったり回生電圧で急に直流
電圧が変動することが予測されるときは、変動の直前に
記憶した直流電圧記憶手段の出力を参照して補正係数を
計算したり、あるいは補正を中断するなどして補正の悪
影響を小さくすることができるものである。

また、特に急加速時には誘導電動機のロータの回転数
が一定になるのが逆変換器の出力周波数が一定になるよ
りも大きく後れるため、この後れ時間をタイマに設定す
ることにより通常の補正係数の計算に移行するのを遅ら
せ、ロータの回転数を直接検出することなしに、より実
態に即した補正効果を得ることができるものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図および第２図
を参照しながら説明する。

第１図は本発明に係わるインバータ装置および制御装
置のブロック図である。従来の技術の項で説明した第３
図の構成と異なる点は、周波数設定手段６の出力である
設定周波数と加減速制御手段７の出力である出力周波数
とを比較する周波数比較手段８を設け、周波数比較手段
８の状態が変化した時点で直流電圧検出手段10の出力を
記憶する直流電圧記憶手段11を設けてその出力を補正係
数設定手段13に入力した点である。さらに、周波数比較
手段８が定速状態を検出した時点で起動されるタイマ９
を設けて、その出力を周波数比較手段８の出力とともに
補正係数設定手段13に入力した点である。

第２図は上記構成の制御部分をマイクロコンピュータ
で実現した場合のプログラムの内容を示す流れ図であ
る。

以下、第２図の流れ図に従って本発明の動作を説明す
る。

まず、メインプログラムについて第２図（ａ）にした
がって説明する。プログラムがスタートすると、まずス
タックポインタを設定したりRAMをクリアするとともに
基準タイマ用の割り込みを設定・許可するなどのマイク
ロコンピュータの初期化処理をする（ステップ１）。次
に運転指令の有無を判定し（ステップ２）、運転指令が
あれば設定周波数を読み込み（ステップ３）、なければ
設定周波数をゼロにしておく（ステップ４）。次に直流
電圧を読み込む（ステップ５）。

次にインバータの出力周波数の加減速状態を判定し
（ステップ６とステップ８）、一定速でかつタイマ９が
終了していれば誘導電動機５も定常状態になっていると
判断し、直流電圧検出手段10の出力を基に交流電源１の
電源が正規である場合との比（例えば、交流電源１が３
相200Vのときは283を分母、直流電圧検出手段10の出力
を分子に）を補正係数として計算する（ステップ７）。
また、減速時は回生電圧の影響を避けるために補正係数
を「１」（補正を中断）にし（ステップ９）、それ以外
のとき（おもに加速時）は直流電圧記憶手段11の出力を
基に交流電源１の電源が正規である場合との比を補正係
数として計算する（ステップ10）。このようにステップ
６からステップ10までで周波数比較手段８とタイマ９と
の状態にしたがって出力電圧の補正係数を選択的に準備
することができる。

以上のステップ２からステップ10までは、その他のイ
ンバータのシーケンス制御に関する処理（図示せず）と
ともに無限ループとして繰り返し実行される。

次に加減速制御手段を実現する割り込み処理について
第２図（ｂ）にしたがって説明する。

この割り込み処理は定期的に、例えば1mS毎に起動さ
れる。周波数設定手段６の出力である設定周波数と加減
速制御手段７の出力である出力周波数とを比較し（ステ
ップ100とステップ101）、等しい場合は加減速処理は不
要なのでそのまま割り込み処理から復帰する。ステップ
101で出力周波数が低いときは設定周波数と一致するま
で加速の処理をするわけであるが、その前に加速処理の
エッジを検出するために、今まで加速中であったかどう
かを判定し（ステップ102）、加速中でなかったならば
直流電圧記憶手段11の値を直流電圧検出手段10の出力で
更新し（ステップ103）、加速開始時の直流電圧を記憶
する。次に所定の加速レートにしたがって出力周波数を
加算更新し（ステップ104）、設定周波数以上になれば
（ステップ105）出力周波数を設定周波数と等しくおき
（ステップ106）、急加速時に誘導電動機５のロータの
回転数が定常状態になるまで待つための所定の時間（例
えば、100mS）を計測するためにタイマ９を起動し（ス
テップ107）、割り込み処理から復帰する。

ステップ101で出力周波数が設定周波数より高いと判
定した場合は、所定の減速レートにしたがって出力周波
数を減算更新し（ステップ110）、設定周波数以下にな
れば（ステップ111）出力周波数を設定周波数と等しく
おき（ステップ112）、割り込み処理から復帰する。

次に、出力電圧設定手段と出力電圧補正手段を実現す
る割り込み処理について第２図（ｃ）にしたがって説明
する。この割り込み処理は定期的に、例えばキャリア周
期毎に起動される。まず、交流電源１の電圧が正規であ
る場合の３相分の出力電圧を計算する（ステップ20
0）。次に、その結果に第２図（ａ）のステップ7,ステ
ップ9,ステップ10で計算しておいた補正係数を掛けて最
終的な３相分の出力電圧を求める（ステップ201）。

このように本発明の実施例のインバータの制御装置に
よれば、周波数比較手段８とタイマ９との状態にしたが
って、直流電圧検出手段10と直流電圧記憶手段11とを選
択的に参照して補正係数を求めているので、加減速動作
による直流電圧の変動に伴う補正の悪影響を小さくする
ことができる。

なお、上記実施例では出力周波数とキャリア周波数と
が非同期であるとして説明したが、同期方式のインバー
タ制御装置であっても同様である。また、上記実施例で
は出力電圧を一定に保つ場合を説明したが、例えば、第
２図（ａ）のステップ７において省エネルギーを目的に
「省エネ係数」を掛けて誘導電動機５が定常状態になっ
たときに意図的に出力電圧を下げることもできることは
以上の説明で明らかである。

発明の効果 以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、
出力周波数と設定周波数とを比較する周波数比較手段
と、周波数比較手段の出力が定速状態を検出してから所
定の時間を測定するタイマの状態にしたがって、直流電
圧検出手段と周波数比較手段の状態が変化した時点で直
流電圧検出手段の出力を記憶する直流電圧記憶手段とを
選択的に参照して補正係数を求めているので、加減速動
作による直流電圧の変動に伴う補正の悪影響を小さくす
ることができ、電源電圧の検出や補正係数設定の時間遅
れが多少大きくても良好な補正効果をもたらすインバー
タ制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のインバータ制御装置のブロ
ック図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は同装置の制御
部分をマイクロコンピュータで実現した場合のプログラ
ムの内容を示す流れ図、第３図は従来のインバータ制御
装置のブロック図である。 ６……周波数設定手段、７……加減速制御手段、８……
周波数比較手段、９……タイマ、10……直流電圧検出手
段、11……直流電圧記憶手段、12……出力電圧設定手
段、13……補正係数設定手段、14……出力電圧補正手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 佳子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インバータの出力周波数を設定する周波数
   設定手段と、前記周波数設定手段の出力に基づいて刻々
   の出力周波数を設定する加減速制御手段と、前記周波数
   設定手段の出力と前記加減速制御手段の出力を比較し
   て、加減速の状態が加速状態・減速状態・定速状態のい
   ずれであるかを判断する周波数比較手段と、前記周波数
   比較手段で定速状態を検出した時点から所定の時間を計
   測するタイマと、インバータの直流部の電圧を検出する
   直流電圧検出手段と、前記周波数比較手段の状態が変化
   した時点で、前記直流電圧検出手段の出力を記憶する直
   流電圧記憶手段と、前記加減速制御手段の出力に基づい
   てインバータの出力電圧を設定する出力電圧設定手段
   と、前記周波数比較手段の結果および前記タイマの状態
   にしたがって、前記直流電圧検出手段の出力を参照して
   計算される補正係数と、前記直流電圧記憶手段の出力を
   参照して計算される補正係数と、補正をしない場合の係
   数としての「１」との中から補正係数を選択的に設定す
   る補正係数設定手段と、前記補正係数設定手段により設
   定された補正係数に基づいて前記出力電圧設定手段の結
   果を補正する出力電圧補正手段とから構成されるインバ
   ータの制御装置。