JPH02179276A - 電力変換器制御方法およびその装置 - Google Patents

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〉 この発明は電力変換器制御方法およびその装置に関し、
さらに詳細にいえば、複数のスイツチング素子をブリッ
ジ接続することにより構成され、直流を交流に変換する
ことにより、はぼ一定の負荷がかかっている原動機を駆
動する電力変換器を制御する電力変換器制御方法および
その装置に関する。

〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉 従来から電動機等を駆動するために直流を交流に変換す
る電力変換器が広く使用されている。そして、電力変換
器を制御する方法としてパルス幅変調信号（以下、ＰＷ
Ｍ信号と略称する）をゲート信号として供給する方法が
一般的に採用されている。

この場合において、選択的に導通されるべき１対のスイ
ッチング素子が、スイッチング動作の遅れに起因して、
共に導通させられてしまうという不都合を解消させるた
めに、第５図に示すように、両スイッチング素子の導通
期間を若干ずらせてスイッチング動作させるようにして
いる（以下、このずれ時間をデッドタイムと称する）。

尚、第５図Ａは三角波キャリア波形および電圧指令値を
示し、同図Ｂは三角波キャリア波形および電圧指令値に
菖づいて生成されたスイッチングパルス波形を示し、同
図Ｃ，Ｄは互に直列接続された１対のスイッチング素子
のスイッチング状態を示している。そして、第５図Ｃ，
Ｄ中Ｔｄがデッドタイムである。

このように各スイッチング素子を制御することにより、
スイッチング素子同士の短絡を確実に阻止することがで
きるのであるが、上記デッドタイムＴｄの期間は両スイ
ッチング素子が遮断状態であるから、電流制御を全く行
なうことができない。

この結果、デッドタイムＴｄの期間において電流波形の
歪が発生し、特に電流値が小さいゼロクロス近傍におい
ては到底無視し得ない電流波形の歪となる。

また、上記各スイッチング素子のスイッチング状態に基
づいて得られる出力電圧波形は第５図Ｅ。

Ｆの何れかになる。即ち、スイッチング素子同士の接続
点から負荷に向かって電流が流れる場合には同図Ｅに示
すように遮断期間の割合が大きくなり、導通期間と遮断
期間とを考慮した１サイクルの出力電圧が電圧指令値よ
りも小さくなる。逆に、負荷からスイッチング素子同士
の接続点に向かって電流が流れる場合には同図Ｆに示す
ように導通期間の割合が大きくなり、導通期間と遮断期
間とを考慮した１サイクルの出力電圧が電圧指令値より
も大きくなる。即ち、前者の場合には出力電圧Ｖが、 Ｖ　−ＶＬ　−（ＶＴｄ−ＶＴＬ）　　　　　　　　−
（１）となり、後者の場合には Ｖ　−ＶＬ　＋　（ＶＴｄ−ＶＴＬ）　　　　　　　　
−（２）（但し、ＶＬは電圧指令値、ＶＴｄはデッドタ
イムに起因する電圧降下、ＶＴＬはスイッチング素子の
スイッチング遅れに起因する電圧降下）となる。

したがって、上記各式の第２項の影響を打消すように電
圧指令値Ｖ！、を変化させることにより、デッドタイム
の存在に拘らず出力電圧を正確に制御することができる
。

具体的には、 ■　各相のＰＷＭ信号出力電圧を検出してＰＷＭパルス
信号電圧指令値とを比較し、ＰＷＭ信号出力電圧検出値
の偏差をＰＷＭ出力電圧指令値に加算する方法、 ■　各相の出力電流極性を検出し、出力電流の極性に対
応して上記各式の第２項の影響を打消すことができる所
定値を出力電圧指令値に加算する方法、および ■　回転磁界座標系の電流指令値と一次角周波数指令値
とに基づいて出力電圧歪を補償すべき補償電圧値を算出
し、回転磁界座標系の電圧指令値に加算する方法 が提案されている。

しかし、上記■の方法を採用する場合には、アナログ・
ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と略称する）等
が必須になる関係上、構成が著しく複雑化するという問
題があるのみならず、スイッチングノイズ等の影響を受
けてＰＷＭ出力電圧検出値が誤差を含むことになり、デ
ッドタイムの影響を正確には補償することができなくな
ってしまうという問題がある。また、電流の極性を検出
することが必須であるため、全体として構成が複雑化す
るのみならず、調整作業が繁雑化し、ひいてはコストア
ップを招いてしまうという問題もある。

上記■の方法を採用する場合には、電流極性を正確に検
出することが著しく困難であり、この結果、デッドタイ
ムの影響を増長するような補償がなされる可能性があり
、かえってリップルを増加させてしまうという問題があ
る。特に、離散時間系システムを採用した場合において
は、電流極性を検出するタイミングと、検出された電流
極性に基づく補償が行なわれるタイミングとが必然的に
ずれてしまい、この結果、デッドタイムの影響を増長す
るような補償がなされる可能性がある。また、電流の極
性を検出することが必須であるため、全体として構成が
複雑化するのみならず、調整作業が繁雑化し、ひいては
コストアップを招いてしまうという問題もある。

上記■の方法を採用する場合には、電流指令値および一
次角周波数指令値に基づいて出力電圧歪の発生を予Ａ−
１シ、この予測に基づいて補償を行なうフィードフォワ
ード補償を採用しているので、必ずしも正確な補償を行
なうことができるという保障がないのみならず、出力電
圧歪の発生を予ａｊするための構成が複雑化し、コスト
アップを招いてしまうという問題がある。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
離散時間系システムによる電力変換器制御を行なう場合
において、著しく簡単に、かつかなり正確にデッドタイ
ムの影響を補償することができる電力変換器制御方法お
よびその装置を提供することを目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の電力変換器制
御方法は、予め基準となるデッドタイム補償パターンを
作成しておき、速度指令値に基づいて印加電圧と実電流
との位相差を得、得られた位相だけ基準となるデッドタ
イム補償パターンをシフトさせてデッドタイム補償を行
なう方法である。

上記の目的を達成するための、この発明の電力変換器制
御装置は、基準となるデッドタイム補償パターンが格納
されているパターン保持手段と、速度指令値に基づいて
印加電圧と実電流との位相差を得る位相差検出手段と、
得られた位相だけ基準となるデッドタイム補償パターン
をシフトさせるシフト手段と、シフトされたデッドタイ
ム補償パターンに基づいてデッドタイム補償を行なうデ
ッドタイム補償手段とを有している。

く作用〉 以上の電力変換器制御方法であれば、直流を交流に変換
することによりほぼ一定の負荷がかかつている原動機を
駆動する電力変換器を、離散時間系システムにより制御
する場合において、実電流と印加電圧との位相差を速度
指令値に基づいて得、得られた位相差だけ基準となるデ
ッドタイム補償パターンをシフトさせ、シフトさせられ
たデッドタイム補償パターンに基づいてデッドタイム補
償を行なうことにより、デッドタイムの影響を大巾に打
消すことができる。したがって、実電流の極性を検出す
る必要がなくなり、全体として処理を大巾に簡素化する
ことができる。

以上の構成の電力変換器制御装置であれば、直流を交流
に変換することによりほぼ一定の負荷がかかっている原
動機を駆動する電力変換器を、離散時間系システムによ
り制御する場合において、位相差検出手段により、速度
指令値に基づいて印加電圧と実電流との位相差を得、得
られた位相差に基づいてシフト手段により、基準となる
デッドタイム補償パターンをシフトさせ、シフトされた
デッドタイム補償パターンをデッドタイム補償手段に供
給することにより、デッドタイムの影響を大巾に打消す
デッドタイム補償を行なうことができる。また、電流の
方向を検出する必要がなくなるから、電流の極性を検出
するための回路が不要となり、電力変換器制御装置全体
としての構成を簡素化することができる。

尚、はぼ一定の負荷がかかっている原動機としては、空
気調和機用のコンプレッサを駆動する誘導機等が例示さ
れる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の電力変換器制御方法の一実施例を示
すフローチャートであり、ステップ■において周波数指
令値ｆ＊が供給されるまで待ち、ステップ■において周
波数指令値ｆ＊に基づいて印加電圧と実電流との位相差
φを得、ステップ■において位相差φに基づいて基準と
なるデッドタイム補償電圧パターンをシフトさせ、ステ
ップ■において、周波数指令値ｆ＊に基づいて定まる電
圧指令値Ｖ＊およびシフトさせられたデッドタイム補償
電圧パターンを加算してデッドタイム補償が施された電
圧指令値を得、ステップ■において、デッドタイム補償
が施された電圧指令値に基づいてパルス幅変調信号（以
下、ＰＷＭ信号と略称する）を得、ステップ■において
ＰＷＭ信号によりインバータを構成するスイッチング素
子を制御する。そして、ステップ■において周波数指令
値が変化したか否かを判別し、周波数指令値が変化して
おれば再びステップ■助下の処理を行なう。逆に、周波
数指令値が変化していなければステップ■以下の処理を
行なう。

尚、上記インバータは、コンプレッサ駆動用の誘導機の
ようにほぼ一定の負荷を有する原動機を駆動するもので
ある。

第２図は電力変換器制御動作を概略的に説明するタイミ
ングチャートであり、周波数指令値Ｃ＊に基づいて定ま
る指令電圧パターンが同図人中破線で示すとおりであり
、インバータから出力される実電流Ｉが同図Ａ中実線で
示すとおりであれば、スイッチング素子の短絡を防止す
るためにデッドタイムが設定されることに伴なって、実
際の印加電圧Ｖは同図Ａ中二点鎖線で示すように、実電
流１が正の期間に対応して指令電圧Ｖ＊よりも小さくな
り、逆に実電流ｌが負の期間に対応して指令電圧Ｖ＊よ
りも大きくなる。したがって、指令電圧Ｖ＊に対する印
加電圧Ｖの偏差△Ｖは、第２図Ｂに示すように、実電流
■が正の期間に対応して負となり、逆に実電流■が負の
期間に対応して正となる。

また、印加電圧Ｖに対する実電流Ｉの位相差（位相遅れ
）φは周波数指令値ｆ＊の増加に対応、して増加するこ
とが知られており、しかも位相差φの増加パターンも知
られているのであるから、上記偏差Δ■を解消するため
のデッドタイム補償電圧■τの基準パターンを予め設定
しておいて、上記位相差φだけシフトさせ（第２図Ｃ参
照）、指令電圧Ｖ＊と加算することにより、第２図りに
示すように、電圧リップルを大巾に低減させることがで
きる。

また、位相差φが大きくなりすぎるとデッドタイム補償
電圧Ｖτを加算することとによりかえって電圧リップル
を増加させることになるのであるが、無負荷状態になる
ことはないのであるから位相差φが９０″になることは
あり得す、一般的にかなり小さい値となるので、上記の
電力変換器制御方法を適用することにより、著しく簡単
に、かなり高いデッドタイム補償を行なうことができる
。

尚、上記周波数指令値ｆ＊は速度指令値に基づいて算出
されるので、周波数指令値ｆ＊に代えて速度指令値に基
づいて上記一連の処理を行なわせることもできる。

さらに、上記の説明から明らかなように、実電流Ｉの極
性を検出する必要がないので、処理を簡素化することが
でき、しかも離散時間系システムを採用した場合に必然
的に発生する時間遅れに起因する実電流Ｉの極性の誤認
も解消されることになる。

第３図はこの発明の電力変換器制御装置の一実施例を組
込んだコンプレッサ駆動装置の電気的構成を示す概略ブ
ロック図であり、直流を交流に変換して３相誘導機（４
）を駆動するインバータ（３）に対してパルス幅変調が
施されたＰＷＭ制御信号を供給する変調部（２）と、周
波数指令値ｆ＊に対応する制御信号を生成して変調部（
２）に供給する制御部（１）とを有している。尚、６）
は３相誘導機（４）により回転駆動させられるコンプレ
ッサ、（６）は交流電源、（７）は平滑整流部である。

上記制御部（１）は、３相信号変調器（１１）と、周波
数−電圧変換器（以下、ｆ−ｖ変換器と略称する）（１
２）と、周波数に対する位相差パターンが格納されてい
る位相差テーブル（１３）と、デッドタイム補償電圧パ
ターンが格納されている補償電圧テーブル（１４）と、
補償電圧読出し部（１４ａ）と、乗算器（１５）と、加
算器（１Ｂ）と、パルス幅変調のためのパルス幅指令信
号を生成するＰＷＭ演算部（１７）とを有している。さ
らに詳細に説明すると、上記３相信号変調器（１１）お
よびｆ−ｖ変換器（【２）に周波数指令値ｆ＊が供給さ
れており、両者の出力信号が乗算器（１５）に供給され
ている。また、位相差テーブル（１３）に上記周波数指
令値ｆ本が供給されており、位相差テーブル（１３）か
らの読出し値φが補償電圧読出し部（１４ａ）に供給さ
れている。さらに、補償電圧テーブル（１４）からの読
出し値および乗算器（１５）からの出力値Ｖ＊が加算器
（１Ｂ）に供給され、加算器（ＩＢ）からの出力値が三
角波キャリア信号と共にＰＷＭ演算部（１７）に供給さ
れている。

上記の構成のコンプレッサ駆動装置の動作は次のとおり
である。

外部から供給される周波数指令値ｆ＊に基づいて３相信
号変調器（１１）により変調信号が生成されるとともに
、ｆ−ｖ変換器（１２）により電圧指令レベル■＊が生
成されるので、変調信号および電圧指令レベルＶ＊を乗
算器（１５）により乗算することにより、電圧指令値Ｖ
＊を生成することができる。

また、上記周波数指令値ｆ＊が続出し指示データとして
位相差テーブル（１３）に供給されるので、周波数指令
値ｆ本に対応する位相φが読出され、シフト量指示デー
タとして補償電圧読出し部（１４ａ）に供給される。し
たがって、補償電圧テーブル（１４）に格納されている
基準となる補償電圧パターンが位相φだけシフトさせら
れた状態で読出される。

その後は、上記電圧指令値Ｖ＊および位相φだけシフト
された状態で読出された補償電圧パターンが加算器（１
６）により加算され、デッドタイム補償を考慮した電圧
指令値が得られる。

したがって、このようにして得られた電圧指令値および
三角波、キャリア信号に基づいてＰＷＭ演算部（１７）
において所定の演算を行なうことによりパルス幅指令信
号を得ることができ、このパルス幅指令信号に基づいて
変調器（２）によりパルス幅変調を行なってインバータ
（３）を構成するスイッチング素子のスイッチング動作
を行なわせるＰＷＭ信号を生成することができ、良好な
コンプレッサ駆動特性を達成することができる。

また、離散時間系システムを採用した場合にゼロクロス
近傍で極性誤認が発生し易い実電流ｌの極性検出回路を
全く不要にすることができ、全体として構成の簡素化お
よびコストダウンを達成することができる。

〈実施例２〉 第４図は電力変換器制御装置の他の実施例を組込んだコ
ンプレッサ駆動装置の電気的構成を示す概略ブロック図
であり、第３図の実施例と異なる点は、加算器（１６）
の出力をＰＷＭ演算部（１７）に供給し、ＰＷＭ演算部
（１７）の出力信号を変調部（２１に供給する代わりに
、乗算器（１５）の出力信号Ｖ＊をそのままＰＷＭ演算
部（１７）に供給し、補償電圧テーブル（１４）からの
読出し電圧を電圧−パルス幅指令値変換器（１８）に供
給し、ＰＷＭ演算部（１７）および電圧−パルス幅指令
値変換器（１８）からの出力信号を加算器（１６）に供
給し、加算器（１Ｂ）の出力信号をそのまま変調部（２
）に供給している点のみである。

したがって、この実施例の場合には、ＰＷＭ演算部（Ｉ
７）から出力されるパルス幅指令値に対してデッドタイ
ム補償を施し、デッドタイム補償が施されたパルス幅指
令値に基づいてインバータ（３）のスイッチング素子を
動作させることができる。

以上の説明から明らかなように、この実施例においても
実電流Ｉの極性検出回路が不要であり、全体として構成
の簡素化およびコストダウンを達成することができる。

尚、第４図の実施例において補償電圧テーブル（１４）
に代えて、基準となる補償パルス幅指令値が格納されて
いる補償パルス幅テーブルを使用し、電圧−パルス幅指
令値変換器（１８）を省略しても同様にデッドタイム補
償を行なうことができ、しかも構成を一層簡素化するこ
とができる。

〈発明の効果〉 以上のように第１の発明は、予め基準となるデッドタイ
ム補償パターンを設定しておき、速度指令値に基づいて
定まる印加電圧と実電流との位相差だけシフトさせた状
態で補償値を得てデッドタイム補償を行なうので、実電
流の極性検出を行なう必要がなくなり、全体としてのデ
ッドタイム補償処理を簡素化することができるとともに
、かなり高いデッドタイム補償効果を達成することがで
きるという特有の効果を奏する。

第２の発明は、位相差のパターンおよび基準となるデッ
ドタイム補償パターンを予めテーブル化しておき、実電
流の極性を検出することなくデッドタイム補償を行なう
ので、全体として構成を簡素化することができるととも
にコストダウンを達成することができ、しかもかなり高
いデッドタイム補償効果を達成することができるという
特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電力変換器制御方法の一実施例を示
すフローチャート、 第２図は電力変換器制御動作を概略的に説明するタイミ
ングチャート、 第３図はこの発明の電力変換器制御装置の一実施例を組
込んだコンプレッサ駆動装置の電気的構成を示す概略ブ
ロック図、 第４図は電力変換器制御装置の他の実施例を組込んだコ
ンプレッサ駆動装置の電気的構成を示す概略ブロック図
、 第５図はデッドタイムおよびその影響を説明するタイミ
ングチャート。 （３）・・・インバータ、（ｔａ）・・・位相差テーブ
ル、（１４）・・・補償電圧テーブル、 （１４ａ）・・・補償電圧読出し部、 （１６）・・・加算器 第２図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数のスイッチング素子をブリッジ接 続することにより構成され、直流を交流 に変換することによりほぼ一定の負荷が かかっている原動機を駆動する電力変換 器（３）を、離散時間系システムにより制御する電力変
   換器制御方法において、予め 基準となるデッドタイム補償パターンを 作成しておき、速度指令値（ｆ＊）に基 づいて印加電圧（Ｖ）と実電流（Ｉ）と の位相差（φ）を得、得られた位相（φ） だけ基準となるデッドタイム補償パター ンをシフトさせてデッドタイム補償を行 なうことを特徴とする電力変換器制御方 法。 ２、複数のスイッチング素子をブリッジ接 続することにより構成され、直流を交流 に変換することによりほぼ一定の負荷が かかっている原動機を駆動する電力変換 器（３）を、離散時間系システムにより制御する電力変
   換器制御装置において、基準 となるデッドタイム補償パターンが格納 されているパターン保持手段（１４）と、速度指令値（
   ｆ＊）に基づいて印加電圧 （Ｖ）と実電流（Ｉ）との位相差（φ） を得る位相差検出手段（１３）と、得られた位相（φ）
   だけ基準となるデッドタイム 補償パターンをシフトさせるシフト手段 （１４ａ）と、シフトされたデッドタイム補償パターン
   に基づいてデッドタイム補償 を行なうデッドタイム補償手段（１６）とを有すること
   を特徴とする電力変換器制御 装置。