JP3391180B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
係り、特に高周波域における出力電流の検出の改良に関
するものである。
よるインバータ装置の構成図である。図において、1は
インバータ装置の主回路、2はインバータ装置により制
御される誘導電動機、3はインバータの出力電流を検出
する電流検出手段、7は三角波発生手段、8はデッドタ
イム作成手段、9はPWM作成手段、10は電圧指令作
成手段、11は周波数設定手段である。
ータ装置の動作について説明する。まず、周波数設定手
段11にて設定された周波数指令(図において、f指令
と記す)に基づき、電圧指令作成手段10にて三相の電
圧指令eu*〜ew*を作成する。PWM作成手段9で
は、この三相の電圧指令eu*〜ew*と三角波発生手
段7により作成された三角波キャリアecとを比較し、
3相のPWM信号を作成する。デッドタイム作成手段8
ではPWM信号よりアーム短絡を防止するためのデッド
タイムを挿入し、その信号によってインバータ装置の主
回路1を構成する6個のスイッチング素子を駆動してい
る。
チング信号と電流取り込みのタイミングを示す図であ
る。図において、24は三角波キャリアec、40は電
圧指令作成手段10で作成された三相の電圧指令で、こ
こではU相の電圧指令eu*を代表として示した。41
はU相の上アームのスイッチング信号Tu+、42はU
相の下アームのスイッチング信号Tu−、43はインバ
ータ装置の出力電流、44はインバータの出力電流の基
本波成分のみを検出した検出電流である。
段7で作成された三角波キャリアec24とを比較する
ことにより、U相の上下アームのスイッチング信号Tu
+41、Tu−42を作成する。すなわち、電圧指令e
u*40が三角波キャリアec24よりも大きいとき
は、U相の上アームのスイッチング素子Tu+41を、
小さいときはU相の下アームのスイッチング素子Tu−
42をオンするように制御する。もちろん、一方のアー
ムがオンの時はもう一方のアームはオフである。ただ
し、図では上下アームの短絡を防止するデッドタイム
(アーム短絡防止時間)は省略している。
力電流は、インバータのスイッチング素子のオン,オフ
に合わせて、上下に脈打ち、三角波キャリアの周波数成
分を含んだ波形43になる。
の検出においては、電流検出手段3は三角波発生手段7
より三角波キャリアの山、谷に同期する三角波山谷信号
を入力し、この三角波山谷信号(山のみ、谷のみの場合
もある)をトリガとして、インバータ装置の出力電流の
サンプリングを行い、三角波キャリアの周波数成分を除
去した基本波成分のみをインバータ装置の検出電流44
として検出している。
での検出電流波形を示す図である。図において、30は
インバータ装置の出力電流、31はインバータ装置の検
出電流である。
ンバータ装置の電流検出では、三角波キャリア周波数が
一定の場合、出力周波数が高周波になると、インバータ
装置の出力電圧の一周期に対する三角波の数が減少し、
一周期におけるスイッチングの数も減少してしまう。こ
の結果、インバータ装置の出力電流30は図のように歪
み、従来のインバータ装置の電流検出手段3で検出され
たインバータ装置の検出電流31は、歪みを含んだ実際
の出力電流30とは実効値が大きく異なってしまうとい
う問題点があった。
ためになされたもので、第1の目的は高周波域での電流
の歪みの影響を受けずに、精度よく基本波成分のみの出
力電流を検出することができるインバータ装置を得るも
のである。
成を利用して、精度よく基本波成分のみの出力電流を検
出することができるインバータ装置を得るものである。
タ装置は、6個のスイッチング素子で上下1組とする3
個のアームを構成する主回路と、運転する周波数を設定
する周波数設定手段と、この周波数設定手段で設定され
た周波数指令に基づき、三相の電圧指令を作成する電圧
指令作成手段と、クロック発生手段と、このクロック発
生手段から出力されるクロックを分周するクロック分周
手段と、このクロック分周手段で分周されたクロックを
使用して三角波キャリアを作成する三角波発生手段と、
前記三相の電圧指令と前記三角波キャリアとを比較し、
3相のPWM信号を作成するPWM作成手段と、この3
相のPWM信号にアーム短絡を防止するためのデッドタ
イムを挿入し、デッドタイムを挿入した3相のPWM信
号によって、前記主回路を構成する6個のスイッチング
素子を駆動するデッドタイム作成手段と、を有し、可変
周波数、可変電圧の交流電力により誘導電動機を可変速
制御するインバータ装置において、前記周波数設定手段
から出力される周波数指令に基づき、前記クロック分周
手段から出力されるクロックを補正するクロック補正手
段と、このクロック補正手段から出力されるクロックを
トリガとして、電流検出を行う電流検出手段と、を備え
たものである。
およびシフト量切換のための第1の周波数、第2の周波
数を設定できるようにするとともに、前記周波数設定手
段から出力される周波数指令に基づき、前記第1の周波
数までは前記クロック分周手段から出力されるクロック
をそのまま出力し、前記第1の周波数から前記第2の周
波数までの間は、前記クロック分周手段から出力される
クロックを、0〜前記設定されたシフト量間を線形に変
化させて求めたシフト量だけシフトして出力し、前記第
2の周波数を越える場合には、前記クロック分周手段か
ら出力されるクロックを前記設定されたシフト量だけシ
フトして出力するようにしたものである。
波数設定手段から出力される周波数指令に基づき、前記
クロック分周手段から出力されるクロックを選択して前
記電流検出手段に出力することにより、高周波の場合に
は電流検出を行うトリガの数を増やすようにするととも
に、前記電流検出手段は今回検出値と前記検出値との平
均知を算出し、平均化した検出電流を出力するようにし
たものである。
6個のスイッチング素子で上下1組とする3個のアーム
を構成する主回路と、運転する周波数を設定する周波数
設定手段と、この周波数設定手段で設定された周波数指
令に基づき、三相の電圧指令を作成する電圧指令作成手
段と、クロック発生手段と、このクロック発生手段から
出力されるクロックを分周するクロック分周手段と、こ
のクロック分周手段で分周されたクロックを使用して三
角波キャリアを作成する三角波発生手段と、前記三相の
電圧指令と前記三角波キャリアとを比較し、3相のPW
M信号を作成するPWM作成手段と、この3相のPWM
信号にアーム短絡を防止するためのデッドタイムを挿入
し、デッドタイムを挿入した3相のPWM信号によっ
て、前記主回路を構成する6個のスイッチング素子を駆
動するデッドタイム作成手段と、を有し、可変周波数、
可変電圧の交流電力により誘導電動機を可変速制御する
インバータ装置において、電流検出を行う電流検出手段
と、検出電流に乗じる第1の係数および係数切換のため
の第3の周波数、第4の周波数を設定できるようにする
とともに、前記周波数設定手段から出力される周波数指
令が、前記第3の周波数までは前記電流検出手段から出
力される検出電流をそのまま出力し、前記第3の周波数
から前記第4の周波数までの間は、前記電流検出手段か
ら出力される検出電流に、1〜前記設定された第1の係
数間を線形に変化させて求めた係数を乗じて検出電流と
して出力し、前記第4の周波数を越える場合には、前記
電流検出手段から出力される検出電流に、前記設定され
た第1の係数を乗じ検出電流として出力する電流補正手
段と、を備えたものである。
ータ装置の容量によって前記検出電流に乗じる第2の係
数および係数切換のための第1の容量、第2の容量を設
定できるようにするとともに、前記インバータ装置の容
量が、前記第1の容量までは前記検出電流に乗じる係数
として前記設定された第1の係数を使用し、前記第1の
容量から前記第2の容量までの間は、前記設定された第
1の係数〜前記設定された第2の係数間を線形に変化さ
せて求めた係数を使用し、前記第2の容量を越える場合
には、前記設定された第2の係数を使用するようにした
ものである。
であるインバータ装置の構成図で、図において、1〜
3、7〜11は従来装置と同様であり、その説明を省略
する。4はクロック補正手段、5はクロック発生手段、
6はクロック分周手段、12はクロック補正手段4、ク
ロック発生手段5、クロック分周手段6からなる電流検
出信号発生手段である。また、CK0、CK1、CK2
およびCK4はクロックである。
5から出力されたクロックを分周し、クロックCK1を
クロック補正手段4、クロックCK2を三角波発生手段
7に出力する。クロック補正手段4は、周波数設定手段
11より出力されるf指令(周波数指令)を取り込み、
その周波数に基づき、クロック分周手段6より出力され
たクロックCK1を補正し、電流検出手段3のトリガと
して最適なクロックを出力している。
バータ装置のクロック補正手段4の構成図であり、図3
はこの発明の一実施の形態であるインバータ装置のクロ
ック補正整手段4のタイムチャートを示す図である。図
において、20は後述のクロックCK1の2倍の周波数
のクロックCK0、21はクロック補正整手段4に入力
されたクロックCK1、22はクロックCK1の1/2
倍の周波数のクロックCK2、23はクロックCK1を
ある時間だけシフトしたクロックCK3である。
定手段11より出力されるf指令を取り込み、その周波
数に基づき、出力周波数が低周波の場合はクロック分周
手段6より出力されたクロックCK1をそのままクロッ
クCK4として出力し、出力周波数が高周波になったと
きには、クロック分周手段6より出力されたクロックC
K1をシフト回路にてシフトしたクロックCK3を、ク
ロックCK4として出力する。なお、クロックCK3の
シフトする時間は、出力周波数に応じて最適な時間を選
択するものとする。
バータ装置のクロックCK3のシフトする時間の選択す
る関係を示す図である。図に示すように、出力周波数が
100Hz未満の時は0、100Hz〜200Hzの時
は線形に変化させ、200Hz以上ではAの値とする。
ここで、最適な時間としてAの値は、例えば、三角波キ
ャリアの1/4周期の値とする。図では、第1の周波数
として100Hz、第2の周波数として200Hz、シ
フト量としてAとした例を示した。
K1を使用し、クロックの立ち上がりトリガ(三角波の
山谷に相当する)で出力電流をサンプリングし、また、
出力周波数が高周波の場合は、クロックCK1をある時
間だけシフトしたクロックCK3を使用することによ
り、出力電流のサンプリングのタイミングを変化させる
ことができる。
バータ装置の高周波域における出力電流検出波形を示す
図である。図において、30はインバータ装置の実際の
出力電流、32はクロックCK1をある時間だけシフト
したクロックCK3を使用して、出力電流をサンプリン
グした電流検出波形である。電流検出波形32は、出力
周波数に応じて、出力電流をサンプリングするトリガの
位置をずらすようにしたので、実際の出力電流30にお
ける○印の突出部を検出しないようにすることができる
ようになり、基本波成分を精度が高く検出できるので、
出力電流の実行値が真値に比べ、大きく誤差を生じるこ
とがなく、精度の高い電流検出ができる。
実施の形態に係るインバータ装置のクロック補正手段4
の構成図である。
の場合は、クロックCK1をそのままクロックCK4と
して出力し、また、出力周波数が高周波の場合は、クロ
ックCK1の2倍の周波数のクロックCK0をクロック
CK4として出力する。
K1の立ち上がりトリガ(三角波の山谷に相当する)で
出力電流をサンプリングし、また、出力周波数が高周波
の場合は、クロックCK1の2倍の周波数のクロックC
K0で出力電流をサンプリングすることにより、出力周
波数が高周波の場合に出力電流を検出するトリガの数を
2倍に増やすことができる。
バータの高周波域における出力電流検出波形を示す図で
ある。図において、30はインバータ装置の実際の出力
電流、33は△印の検出ポイントによる検出電流、34
は平均処理を施した検出電流である。
流波形はより実際の出力電流波形にちかづくが、この時
の検出電流波形は高調波成分(脈動分)を含み、電流の
実効値の検出という観点に立てば、あまり好ましくな
い。そこで、図に示すように、検出電流を前回の検出値
と平均をとり、この脈動分を減らす処理を追加した。こ
の平均処理により、多少の検出遅れが生じるものの従来
の検出方法に比べると、より真値に近い電流検出が可能
である。
ックCK1の2倍の周波数のクロックCK0を使用した
例を示したが、必ずしも2倍に限定されるものではな
い。
1に比べ、出力周波数に応じてシフト時間を変化させる
シフト回路を設ける必要はなく、より簡単な回路構成で
精度の高い基本波成分の電流検出が可能である。
一実施の形態に係るインバータ装置の構成図である。図
において、1〜3、7〜11は従来装置と同様であり、
その説明を省略する。13は電流補正手段である。
ンバータ装置の電流補正手段13の構成図である。図に
おいて、50は検出した電流に乗じる係数Kを演算する
係数演算手段である。この係数Kは、出力周波数によっ
て線形に可変するもので、出力周波数により選択され
る。
インバータ装置の出力周波数と係数Kとの関係を示す図
である。図においては、出力周波数と係数Kとの関係の
一例として、出力周波数が100Hz未満の時はK=
1.0、100Hz〜200Hzの時は係数Kを線形に
変化させ、200Hz以上ではK=0.8とする例を示
したものである。図では、第1の周波数として100H
z、第2の周波数として200Hz、検出電流に乗じる
第1の係数をK=0.8とした例を示した。
1および実施の形態2に比べ、より簡単な回路構成で精
度の高い基本波成分の電流検出が可能である。
の一実施の形態に係るインバータの電流補正手段13の
構成図である。この実施の形態では、ROMに係数テー
ブルをもち、検出電流に乗じる係数を出力周波数とイン
バータ装置の容量によって変化させるようにしたもので
ある。
インバータの係数Kの最終値とインバータ装置の容量と
の関係を示す図である。
の最終値K=0.8を、さらにインバータ装置の容量が
7.5KW未満の時はK=0.8、7.5KW〜75K
Wの時は係数Kを線形に変化させ、75KW以上ではK
=0.7とする例を示したものである。図では、インバ
ータ装置の容量において、第1の容量として7.5K
W、第2の容量として75KW、検出電流に乗じる第1
の係数をK=0.8、第2の係数をK=0.7とした例
を示した。
なく、インバータ装置の容量をも加味するようにしたの
で、発明の実施の形態3に対して、より精度の高い基本
波成分の電流検出が可能である。
ドウエアによる構成を示したが、マイクロプロセッサを
用いてソフトウエアで構成しても同様の効果が得られ
る。
とにより、より精度の高い基本波成分の電流検出が可能
である。
れているので、以下に示すような効果を奏する。
ングするタイミングを変化させるようにしたので、実質
的に検出電流を基本波成分に近づけることができ、精度
の高い基本波成分の電流検出が可能である。
サンプリングするトリガの位置をずらすようにしたの
で、高周波域における電流波形の歪みを検出ポイントか
らずらすことが可能である。
ンプリングするトリガの数を変化させ、その検出電流を
平均化するようにしたので、電流波形の歪みの影響を少
なくすることが可能である。
に、出力周波数によって可変する係数を乗ずるようにし
たので、簡単な構成で出力電流の実効値を真値に近づけ
ることが可能である。
の容量に基づき、検出した電流に、出力周波数とインバ
ータ装置の容量によって変化する係数を乗ずるようにし
たので、インバータ装置の容量による影響を回避するこ
とが可能である。
構成図である。
クロック補整手段4の構成図である。
クロック補整手段4のタイムチャートを示す図である。
置のクロックCK3のシフトする時間の選択する関係を
示す図である。
高周波域における出力電流検出波形を示す図である。
クロック補整手段4の構成図である。
高周波域における出力電流検出波形を示す図である。
構成図である。
電流補正手段13の構成図である。
装置の出力周波数と係数Kとの関係を示す図である。
の電流補正手段13の構成図である。
の係数Kの最終値とインバータ装置の容量との関係を示
す図である。
ータの構成図である。
流取り込みのタイミングを示す図である。
波形を示す図である。
流検出手段、 4 クロック補整手段、 5 クロック
発生手段、 6 クロック分周手段、 7 三角波発生
手段、 8 デッドタイム作成手段、 9 PWM作成
手段、 10電圧指令作成手段、 11 周波数発生手
段、 12 電流検出信号発生手段、13 電流補正手
段、 20 トリガタイミング、 21 トリガタイミ
ング、 22 三角波作成用クロック、 23 トリガ
タイミング、 24 三角波、 30 高周波域での実
際の出力電流、 31 検出電流、 32 シフトした
検出ポイントによる検出電流、 33 検出ポイント
(△印)による検出電流、 34 平均処理を施した検
出電流、 40 U相電圧指令、 41 U相上アーム
のスイッチング信号、 42 U相下アームのスイッチ
ング信号、 43低周波域での実際の出力電流、 44
低周波域での検出電流、 50 係数演算手段。
Claims (5)
- 【請求項1】 6個のスイッチング素子で上下1組とす
る3個のアームを構成する主回路と、 運転する周波数を設定する周波数設定手段と、この周波数設定手段で設定された周波数指令に基づき、
三相の電圧指令を作成する電圧指令作成手段と、 クロック発生手段と、 このクロック発生手段から出力されるクロックを分周す
るクロック分周手段と、このクロック分周手段で分周さ
れたクロックを使用して三角波キャリアを作成する三角
波発生手段と、 前記三相の電圧指令と前記三角波キャリアとを比較し、
3相のPWM信号を作成するPWM作成手段と、 この3相のPWM信号にアーム短絡を防止するためのデ
ッドタイムを挿入し、デッドタイムを挿入した3相のP
WM信号によって、前記主回路を構成する6個のスイッ
チング素子を駆動するデッドタイム作成手段と、 を有し、可変周波数、可変電圧の交流電力により誘導電
動機を可変速制御するインバータ装置において、 前記周波数設定手段から出力される周波数指令に基づ
き、前記クロック分周手段から出力されるクロックを補
正するクロック補正手段と、 このクロック補正手段から出力されるクロックをトリガ
として、電流検出を行う電流検出手段と、 を備えたインバータ装置。 - 【請求項2】 前記クロック補正手段は、シフト量およびシフト量切換のための第1の周波数、第
2の周波数を設定できるようにするとともに、 前記周波数設定手段から出力される周波数指令に基づ
き、前記第1の周波数までは前記クロック分周手段から出力
されるクロックをそのまま出力し、 前記第1の周波数から前記第2の周波数までの間は、前
記クロック分周手段から 出力されるクロックを、0〜前
記設定されたシフト量間を線形に変化させて求めたシフ
ト量だけシフトして出力し、 前記第2の周波数を越える場合には、 前記クロック分周
手段から出力されるクロックを前記設定されたシフト量
だけシフトして出力することを特徴とする請求項1記載
のインバータ装置。 - 【請求項3】 前記クロック補正手段は、前記周波数設
定手段から出力される周波数指令に基づき、前記クロッ
ク分周手段から出力されるクロックを選択して前記電流
検出手段に出力することにより、高周波の場合には電流
検出を行うトリガの数を増やすようにするとともに、 前記電流検出手段は今回検出値と前記検出値との平均知
を算出し、平均化した検出電流を出力するようにしたこ
とを特徴とする請求項1記載のインバータ装置。 - 【請求項4】6個のスイッチング素子で上下1組とする
3個のアームを構成する主回路と、運転する周波数を設
定する周波数設定手段と、この周波数設定手段で設定された周波数指令に基づき、
三相の電圧指令を作成する電圧指令作成手段と、 クロック発生手段と、 このクロック発生手段から出力されるクロックを分周す
るクロック分周手段と、このクロック分周手段で分周さ
れたクロックを使用して三角波キャリアを作成する三角
波発生手段と、 前記三相の電圧指令と前記三角波キャリアとを比較し、
3相のPWM信号を作成するPWM作成手段と、 この3相のPWM信号にアーム短絡を防止するためのデ
ッドタイムを挿入し、デッドタイムを挿入した3相のP
WM信号によって、前記主回路を構成する6個のスイッ
チング素子を駆動するデッドタイム作成手段と、 を有し、可変周波数、可変電圧の交流電力により誘導電
動機を可変速制御するインバータ装置において、 電流検出を行う電流検出手段と、検出電流に乗じる第1の係数および係数切換のための第
3の周波数、第4の周波 数を設定できるようにするとと
もに、前記周波数設定手段から出力される周波数指令
が、前記第3の周波数までは前記電流検出手段から出力
される検出電流をそのまま出力し、 前記第3の周波数から前記第4の周波数までの間は、前
記電流検出手段から出力される検出電流に、1〜前記設
定された第1の係数間を線形に変化させて求めた係数を
乗じて検出電流として出力し、 前記第4の周波数を越える場合には、前記電流検出手段
から出力される検出電流に、前記設定された第1の係数
を乗じ検出電流として出力する 電流補正手段と、 を備えたインバータ装置。 - 【請求項5】前記電流補正手段は、インバータ装置の容
量によって前記検出電流に乗じる第2の係数および係数
切換のための第1の容量、第2の容量を設定できるよう
にするとともに、前記インバータ装置の容量が、前記第1の容量までは前
記検出電流に乗じる係数として前記設定された第1の係
数を使用し、 前記第1の容量から前記第2の容量までの間は、前記設
定された第1の係数〜前記設定された第2の係数間を線
形に変化させて求めた係数を使用し、 前記第2の容量を越える場合には、前記設定された第2
の係数を使用する ようにしたことを特徴とする請求項4
記載のインバータ装置。
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