JPH02280693A - 三相電動機におけるｐｗｍインバータの駆動方式 - 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 本発明は、三相電ｅｌにおけるＰＷＭ（パルス幅変ＵＡ
）ＲＩＪＨ方式に関する。

従来の技術 三相電動機のＰＷＭインバータ制御方式においては、各
相の巻線に電流を流すためのバイポーラ形トランジスタ
や−パワーＭＯＳＦＥＴ等の駆動用スイッチング素子を
有し、これらスイッチング阻止のオン、オフを制御し、
三相電動機を駆動するＰ　Ｗ　Ｍ　１１１１　ＩＩｉ方
式が採用されている。

Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉｔ、ＩＪ　ｉｌｌ方式においては、イン
バータのスイッチング素子をオン、オフさせることから
、三相電ｖＪ機の各端子電圧は２値しかとれない。

第１０図は、三相電動機の電気的構成を表したもので、
従来の三相電動機のＰＷＭインバータ制御方式において
は、中性点の電圧ＮをＯＶと仮定し、各相の指令電圧に
基いて各相のインバータスイッチング素子のオン、オフ
時間を求めていた。

例えば、Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉｔｉｌｌ　Ｉ１１回’Ｕ　ニオ
ケルＰ　Ｗ　Ｍ　（７）三角波を第３図に示すようにの
こぎり波とすると、各端子電圧Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３は第４
図（ａ）〜第４図（Ｃ）に示すように、電源電圧±３ｒ
の２値をとる。そのため、各端子電圧Ｖ１．Ｖ２．Ｖ３
の平均電圧に対応する相電圧■ｕ、ＶＶ、ＶＷは次の第
（１）式によって決まる。

Ｖ　ｉ　＝　（Ｂｒ−Ｔ　ｉ　−Ｂｒ　（Ｔｃ−Ｔ　ｉ
　））／Ｔｃ＝　（Ｂｒ／Ｔｃ）（２Ｔｉ　−Ｔｃ）　
　　　　−＜１）なお、第（１）式において、Ｖｉ＝、
Ｖｕ、Ｖｖ。

Ｖｗ、Ｔ　ｉ　はｕ、Ｖ、Ｗ相＋７）ｄａ子ｆｆｉ圧Ｖ
１．Ｖ２゜■３が＋　［３ｒになる期間Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔ
ｗであり、ＴＣはＰＷＭのこぎり波の１周期時間である
。

上記第（１）式より、 上記第（２）式より、 各相の指令電圧ｖｕ、ＶＶ、ＶＷが与えられると、各相
のインバータスイッチング素子のオン。

オフ切換時間７ｕ、ＴＶ、ＴＷは夫々独立して求まり、
このオン、オフ切換時間で各相のインバータスイッチン
グ素子をオン、オフさせている。

発明が解決しようとする課題 第（１）式において、０≦Ｔｉ≦ＴＣであるので、各相
の相電圧Ｖｉ（＝Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）は、−３ｒ≦Ｖｉ
≦→−Ｂｒの範囲内となる。例えば、電源電圧±Ｂｒを
±１００Ｖとし、７ｕ、　ＴｖをそれぞれＯ−Ｔ　ｃま
で変化させたときのＵ相の相電圧Ｖｕ＝　（Ｂｒ−／Ｔ
ｃ）（２Ｔｕ−Ｔｃ＞　、Ｖ相の相電圧Ｖｖ＝　（Ｂ　
ｒ／Ｔｃ）（２Ｔｖ−Ｔｃ）（１’）電圧領域をマツピ
ングすると、第７図の破線５０内の領域で変化すること
となり、各相電圧Ｖｕ。

ＶＶ、ＶＷ）は最大で±１００Ｖ（＝Ｂｒ）までしか出
力することできない。

そこで、本発明の目的は上述した従来の方式よりも広い
相電圧領域を得ることができるＰＷＭインバータ駆動方
式を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、２つの相の指令電圧より１つの相のインバー
タスイッチング素子のオン、オフ切換時間をＰＷＭ周期
中一方の状態に固定する相を求め、固定された相のオン
、オフ時間に基いて他の２相のオン、オフ切換時間を求
め、求められた各相のオン、オフ切換時間によって各相
のインバータスイッチング素子をオン、オフさせるよう
にすることによって、広い相電圧領域を得るようにした
。

作　　用 従来の方式においては、中性点の電圧Ｎが０■と仮定し
、各相のインバータスイッチング素子のオン、オフ切換
時間を求めていたが、実際は、中性点の電圧ＮはＯＶで
はなく変動するものである。

例えば、第４図（ａ）〜第４図（Ｃ）に示すように、Ｕ
、Ｖ、Ｗ相のインバータスイッチング素子のオン、オフ
切換時間がＴｕ、Ｔｖ、Ｔｗとすると、中性点の電圧Ｎ
は次の第（３）式で示される電圧となる。

Ｎ＝　（Ｖｌ　＋Ｖ２＋Ｖ３）／３　　　　・・・・・
・（３）この中性点の電圧Ｎを示したものが第５図であ
る。

この中性点の電圧Ｎと各端子電圧の差である各相の相１
圧Ｖｕ　（＝Ｖ１−Ｎ）、Ｖｖ　（＝＝Ｖ２−Ｎ）、Ｖ
ｗ　（＝Ｖ３−Ｎ）　を求メルト、第６図（ａ）〜第６
図（Ｃ）に示す状態となる。

そこで、各相の平均電圧を求めると、次の第（４）弐〜
第（６）式のようになる。

Ｖｕ−Ｖｌ−Ｎ＝（２Ｂｒ／３Ｔｃ）（２Ｔｕ−Ｔｖ−
Ｔｗ）・・・・・・（４） Ｖｖ−Ｖ２−Ｎ−（２Ｂｒ／３Ｔｃ）（−Ｔｕ＋２Ｔｖ
−Ｔｗ）・・・・・・（５） Ｖｗ＝Ｖ３−Ｎ＝　（２Ｂｒ／３Ｔｃ）（−Ｔｕ−Ｔｖ
＋２７ｗ）・・・・・・（６） 上記第（４）式〜第（６）式によって、各相の指令電圧
ｖｕ、ｖｖ、ｖｗより各相のインバータスイッチング素
子のオン、オフ切換時間下ｕ、７ｖ。

ＴＷを求めればよいが、上記第（４）式と第（５）式を
加算したものが第（６）式となり（Ｖ　ｕ　十Ｖ　ｖ　
＝ＶＷ）、未知数が３個（Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ）−ｒ式が
２式となるため、条件が足りず、上記第（４）弐〜第（
６）式からだけではオン、オフ切換時間Ｔｕ。

Ｔｖ、Ｔｗは求められない。

そこで、１つの相のオン、オフ切換時間が既知と仮定し
、例えば、Ｗ相のオン、オフ切換時間Ｔｗが既知と仮定
し、第（４）弐〜第（６）式より他の相のオン、オフ切
換時間を求めると、次の第（７）式、第（８）式が求ま
る。

Ｔｕ＝Ｔｗ＋　　（Ｔｃ／２Ｂｒ）（２Ｖｕ＋Ｖｖ）・
・・・・・　（７） Ｔｖ＝Ｔｗ＋　　（Ｔｃ／２Ｂ　ｒ）（２Ｖｖ＋Ｖｕ　
）・・・・・・　（８） タタシ、丁ｗ＝ｅ知、Ｖｗ＝−Ｖｕ−ｖｗｒある。

上記第（７）式、第（８）式を一般化すると、次の第（
９）式となる。

Ｔｉ＝Ｔｊ＋　　（Ｔｃ／２ＢｒＨ２Ｖｉ＋Ｖｋ）・・
・・・・　（９） ただし、７ｉは求める相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のオン。

オフｌ、７７換時間（＝Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ）　、Ｔｊは
ｆｌ知とした相のオン、オフ切換時間、ｖｉは求める相
の相電圧、Ｖｋは求める相及び既知とした相以外の相電
Ｂである。

上記第（４）弐〜第（６）式において ０　≦　Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ　　≦　Ｔｃであるから、 ４Ｂｒ／３Ｔｃ≦Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ≦４Ｂｒ／３ＴＣと
なり、各相の相電圧は電源電圧±３ｒより人きい電圧ｇ
Ａ域を取り得ることを示している。

そこで、１つの相のオン、オフ切換時間Ｔｊを固定し、
Ｔｊ＝ＣＬ又はＴｊ　＝Ｔｃとし、かつ、この固定する
相をＵ−Ｗ相に順次変えて（Ｔｊ＝７ｕ、ＴＶ、ＴＷ）
、他の相の電圧を求めると、第７図の実線５１内のり相
、■相の電圧が得られ、従来の方式と比較し、広い電圧
領域が得られることがわかる。なお、第７図においては
、電１１！電圧±Ｂｒを±１００Ｖとしている。

また、第８図は、上記第７図の電圧領域でオン。

オフ切換時間Ｔｊを「０」又はｒＴｃＪに固定した相の
関係を表わしている。この第８図に示されるように、固
定するオン、オフ切換時間Ｔｊの領域が重なっているの
で、固定するオン、オフ切換時間Ｔｊの切換誤差をなく
すため、第９図に足すように、固定するオン、オフ切換
時間Ｔｊの相を決める。

その結果、２つの相の指令電圧が与えられれば、この例
ではり相、■相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖが与えられれば、
この２つの指令電圧よりオン、オフ切換時間を０又はＴ
Ｃに固定する相が決まり、第（９）式より他のオン、オ
フ切換時間が求められる。

例えば、第９図において、ｖｕ≧Ｏ，ＶＶ≧０ならば、
Ｗ相のオン、オフ切換時間ＴＷをｒＯＪとし、Ｖｕ＜Ｏ
，Ｖｖ＜Ｏであれば、Ｗ相のオン。

オフ切換時間ＴＷ＠ＴＣに固定する。また、ｖｕ≧ｏ、
ｖｖ＜ｏのときは、ｖｕ≧−ＶｖならばＵ相のオン、オ
フ切換時間下ＵをＴｃとし、Ｖｕ〈−ＶＶならばＶ相の
オン、オフ切換時間Ｔｖを１−　ＯＪとする。また、Ｖ
ｕ＜Ｏ，Ｖｖ≧０のときは、ＶＶ≧−Ｖｕならば■相の
オン、オフ切換時間ＴＶをＴｃとし、ＶＶ＜−ＶＵなら
ばＵ相のＵ相のオン、オフ切換時間ＴｕをｒＯＪと固定
する。

そして、固定されたオン、オフ切換時間とオン。

オフ切換時間が固定されていない他の２つの指令電圧よ
り第（９）式の演膣を行って、他の２つの相のオン、オ
フ切換時間Ｔｉを求め、インバータスイッチング素子を
切換えればよい。

例えば、電８Ｑ電圧±Ｂｒが±１００Ｖで、Ｕ相。

■相の指令電圧Ｖｕが６０Ｖ、ｔＪｖが−１００Ｖとす
ると、Ｖｗ−−（Ｖｕ＋Ｖｖ）＝−（６０−１００）＝
４０Ｖ、！：なり、Ｖｕ＞Ｏ，Ｖｖ＜ＯＦ、かつ、Ｖｕ
　＜　−Ｖ−Ｖであるから、第９図よりＴＶ−〇となり
、第（９）式より、 Ｔｕ＝Ｔｖ＋　（Ｔｃ／２ＢｒＨ２Ｖｕ＋Ｖｗ）＝Ｏ＋
　（Ｔｃ／２００）（２ｘ６０＋４０＞−（１６０／２
００）−Ｔｃ ＝４Ｔｃ１５ Ｔｗ−Ｔｖ＋　（Ｔｃ／２ＢｒＨ２Ｖｗ＋Ｖｕ）−Ｏ＋
　　（Ｔｃ／２００Ｈ２ｘ４０−ト　６０）＝　（１４
０／２００）・Ｔｃ ＝７・ＴＣ／１０ として各相のインバータスイッチング素子のオン。

オフ切換時間が求められる。

実施例 第１図は、本発明を実施する一実施例のブロック図であ
る。

第１図中、１０は三相交流電源、１２は整流回路、１４
は平滑用コンデンサ、１６は回生電流用のコントロール
回路、１８はトランジスタ、ダイオード等で構成された
インバータ、２０は電流検出器、２２は三相電動機、２
４は電動機２２のロータの位置及び速度を検出するため
のパルスロータ、２６はレシーバ回路、２８はロータ位
置検出回路、３０ａ、３０ｂは乗口器であり、トルク指
令ＩＣとロータ位置よりＵ相、■相の電流指令Ｉｕｃ、
ｌｖｃを求め、これら電流指令から電流検出器２０で検
出したＵ相、■相の実電流Ｊｕ。

［Ｖを夫々減じて、Ｕ相２Ｖ相の電流偏差を求め、さら
にこれら電流偏差よりＵ相、■相の電圧指令を求めるま
では従来と同じである。

本発明は、ジグプルプロセッサ等のブ［］セセラによっ
てＰＷＭ信号を作成するもので、従来から、位置、速度
、電流の制御１１をプロセッサで行うものは周知であり
、本発明はこのプロセッサによってＰＷＭ制御回路４ｏ
を構成している。そして、ＰＷＭ制御回路４０から出力
されるＰＷＭ信号、即ち、各相のトランジスタＱｕ１．
Ｑｕ２　。

Ｑｖｌ、Ｑｖ２　、ＱｗＹ　、０ｗ２のオン、オフ切換
時間ＴＬＪ、ＴＶ、ＴＷによってドライバ３８を駆動し
、各相のトランジスタＱｕ１．Ｑｖ１　。

Ｑｗｌを出力されるオン、オフ切換時間Ｔｕ。

ＴＶ、ＴＷだけオーンさせ、他方のトランジスタＱｕ２
　、Ｑｖ２．０ｗ２をオフさせる。このトランジスタの
オン、オフは従来と同様である。

すなわち、トルク指令値ＩＣとロータ位置によって、Ｕ
相、■相の電流指令１ｕｃ、Ｉｖｃを求め、これら電流
指令１ｕｃ、Ｉｖｃから夫々実電流ＩＵ、ＩＶを減じて
電流偏差（ＩｕＣ−１ｕ）（Ｉｖｃ−Ｉｖ）を求め、こ
の電流偏差（）ＵＣ−ＩｔＪ）、＜ＩＶＣ−ＩＶ）より
Ｕ相、ｖｌｌの指令電圧を求めるまでは従来の処理と同
一である。

しかし、この指令電圧より各相のＰＷＭ信号、即ち、イ
ンバータの各相のトランジスタのオン。

オフ切換時間を作成する点において、本発明は従来の方
式とは相違する。

Ｐ　Ｗ　Ｍ　＆ＩＩ御回路４０のプロセッサは第２図の
フローチャートで示す処理をＰ　Ｗ　Ｍ　１ｉｌｌ　Ｉ
ＩＩ周閘Ｔｃ毎に実行しており、従来と同様の方法が作
成されたＵ相、■相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖが求められる
と、この指令電圧Ｖｕ、Ｖｖの符号を逆転し゛た値を加
算し、Ｗ相の指令電圧ＶＷを求め（ステップＳ１）、Ｕ
相の指令電圧Ｖｕが０または正の値か否か判断しくステ
ップＳ２）、０以上ならばＶ相の指令電圧ＶｒがＯまた
は正の値か否か判断する（ステラ７ｓ３）、Ｖｕ≧Ｏ，
Ｖｖ≧Ｏｒあると、Ｗ相のＰＷＭ信号、即ち、Ｗ相のス
イッチング素子のオン、オフ切換時間ＴＷをｒＯＪとし
くステップ５９）（第９図参照）、このオン、オフ切換
時間Ｔｗとり相、■相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖより第（９
）式の演算を行って他のＵ相、■相のオン、オフ切換時
間Ｔｕ、Ｔｖを求める（ステップ８１４）。そして、ス
テップＳ９．Ｓ１４で求められたオン、オフ切換時間Ｔ
ｕ、　Ｔｖ、　Ｔｗを出力しくステップ８１６）、ドラ
イバ３８を駆動し、各相のトランジスタＱｕ１　、ＱＶ
ｌ　、Ｑｗｌを出力されたオン、オフ切換時間Ｔｕ、Ｔ
ｖ、ＴＷだけ夫々オンさせ、他方のトランジスタＱｕ２
　、Ｑｖ２　。

０ｗ２を夫々オフさせる。そして、ＰＷＭ周期ＴＣの残
りの時間（Ｔｃ−Ｔｕ）、（Ｔｃ−Ｔｖ）（Ｔｃ−Ｔｗ
）はトランジスタＱｕ１　、Ｑｖｌ　。

Ｑｗｌを夫々オフ、トランジスタＱｕ２．ＱＶ２゜０ｗ
２を夫々オン−させる。

一方、Ｖｕ≧Ｏ，ＶＶ＜０であるとくステップ８２．８
３）、ＬＪ相の指令電圧ＶｕがＶ相の指令電圧の符号を
反転させたものより大ぎいか否か（ＶＵ＞−ＶＶ）判断
しくステップＳ４）、Ｖｕ≧−ＶＶであれば、（Ｊ相の
オン、オフ切換時間ＴｕをＰＷＭ周ＩＩＱＴｃにセット
する（ステップ＄７）（第９図参照）。そして、このオ
ン、オフ切換時間Ｔｕと■相、Ｗ相の指令電圧より第（
９）式の演算を行ってＶ相、Ｗ相のオン、オフ切換時間
Ｔｖ、Ｔｗを求める（ステップ５１３）、そして、求め
られたオン、オフ切換時間Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを出力しく
ステップ５１６）、ドライバ３８で萌述のようにインバ
ータ１８の各トランジスタをオン、オフさせる。

また、ステップＳ４でＶｕ＜−ＶＶと判断されると、■
相のオン、オフ切換時間ＴＶを１°０」にセットしくス
テップ５８）（第９図参照）、このオン、オフ切換時間
ＴＶとＵ相、Ｗ相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｗによって第（９
）式の演障を行ってＵ相。

Ｗ相のオン、オフ切換時間Ｔｕ、Ｔｗを求め（ステップ
５１５）、各１，７Ｊ１％時間王ｕ、ＴＶ、ＴＷを出力
する（ステップ８１６）。

さらに、ステップＳ２でＶｕ＜Ｏと判断され、ＶＶ＜０
と判断されると（ステップＳ　５　）　、Ｗ相のオン、
オフ切換時間ＴＷをｌ’ＴｃＪにセットしくステップ８
１０）（第９図参照）、ステップＳ１４へ移行し、丁ｗ
、　Ｖｕ、　ｖｖを用いて第（９）式の演粋を行い、オ
ン、オフ切換時間Ｔｕ、Ｔｖを求め、Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗ
を出力する（ステップ＄１６）。

また、ＶＬＩ＜Ｏ（ステップ８２）、Ｖｖ≧０（ステッ
プＳ５）、ｖ■≧−ｖＵ（ステップＳ６）と判断される
と、■相のオン、オフ切換時間ＴＶをＰＷＭ周期Ｔｃに
セットしくステップ５１１）、ステップＳ１５へ移行し
てＵ、Ｗ相のオン、オフ切換時間Ｔｕ、Ｔｗを求め、各
切換時間Ｔｕ。

ＴＶ、ＴＷを出力する。

また、ステップＳ６でＶｖ＜−Ｖｕと判断されれば、Ｕ
相のオン、オフ切換時間ＴＵを１０」にセットしくス１
ツーブ５１２）、ステップＳ１３へ移行してＵ、Ｗ相の
オン、オフ切換時間ＴＶ。

Ｔｗを求め、切換時間丁ｕ、Ｔｖ、Ｔｗを出力する。

こうして、出力された各相のオン、オフ切換時間Ｔｕ、
Ｔｖ、Ｔｗにより、ドライバ３８を駆動し、インバータ
１８の各トランジスタをオン、オフ制御し、三相電動機
２２を駆動制卸する。

発明の効果 本発明においては、中性点の電圧をも考慮してＰＷＭ信
号（オン、オフ切換時間）を作るようにしたから、従来
の方式と比べ、広い相電圧領域が得られるので、応答例
のよい三相電動機が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する一実施例のブロック図、第
２図は同実施例におけるＰ　Ｗ　Ｍ　１ｌＩｌ制御回路
のプロセッサが行う処理のフローチャート、第３図はＰ
ＷＭののこぎり波を示す図、第４図（ａ）〜第４図（Ｃ
）は三相電動様の各端子電圧の状態を示す一例、第５図
は三相電動機の中性点の状態を示す一例、第６図（ａ）
〜第６図（Ｃ）は各相電圧の状態を示す一例、第７図は
従来方式と本発明の方式によるＵ相、■相の相電圧の領
域を示す説明図、第８図、第９図は、Ｕ相、■相の電圧
領域において、オン、オフ切換時間を固定する相との関
係を示す説明図、第１０図は三相電動機の電気的構成を
表わした図である。 １０・・・三相交流電源、１２・・・整流回路、１８・
・・インバータ、２２・・・三相電動機、２４・・・パ
ルスローダ、３０ａ、３０ｂ・・・乗算器、３８・・・
ドライバ、４０・・・ＰＷＭ制御回路、５０・・・従来
方式による電圧領域、５１・・・本発明による電圧領域
。 〉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　三相電動機におけるＰＷＭインバータの駆動方式にお
   いて、２つの相の指令電圧より１つの相のインバータス
   イッチング素子のオン、オフ切換時間をＰＷＭ周期中一
   方の状態に固定する相を求め、固定された相のオン、オ
   フ時間に基いて他の２相のオン、オフ切換時間を求め、
   求められた各相のオン、オフ切換時間によって各相のイ
   ンバータスイッチング素子をオン、オフさせるようにし
   たことを特徴とする三相電動機におけるＰＷＭインバー
   タの駆動方式。