JPH0374176A - Ｐｗｍ波形出力方法 - 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］ この発明は負荷（例えば空気調和機等の圧縮機）のイン
バータ制御に用いられるｐＨ！Ｈ（ｐｌｕｓｅ　ｗｉｄ
ｔｈｍｏｄｕｌａｉｔｉｏｎ）波形出力方法に係り、更
に詳しくは負荷に対する相間電圧波形のパルス幅を小さ
くし、負荷の騒音を抑えるＰｖＭ波形出力方法に関する
ものである。

［従　来　例］ 近年、インバータ制御装置は空気調和機だけでなく種々
家電機器に利用されるようになった。

ここで、空気調和機を例にして説明すると、第１３図に
示されるように、そのインバータ制御装置には、圧縮機
（負荷）１を駆動する複数のスイッチング素子（トラン
ジスタ）からなるパワー・トランジスタ部２と、その圧
縮機１の運転周波数に応じた波形データ、例えば電気角
６０度分（あるいは３０度分）のタイムデータおよびス
イッチデータを種々記憶するメモリ部３と、その運転周
波数の指令に応じてメモリから所定波形データを読み出
し、この波形データに基づいて前記複数のスイッチング
素子を所定時間ＯＮ、ＯＦＦ制御する制御部（ｃｐｕ　
；マイクロコンピュータ）４と、その制御信号により上
記複数のトランジスタを駆動するベース駆動部５とが備
えられている。

そして、リモコンやパネル等の操作に応じた所定運転周
波数の指令が出力されると、その運転周波数指令に対応
する電気角６０度分の波形データがメモリ部３から読み
出され、これら波形データに基づいて圧縮機１のＰＷＭ
波形（パルス信号）が得られる。このとき、第１４図に
示されるように、その波形データは、時間データ記憶制
御方式である場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相の正弦波６，７．
８とキャリア波形９の交点から次の交点までの間隔のデ
ータ（タイムデータ）と、その間のキャリア波形９と正
弦波６との大小のデータ（スイッチデータ）とにより得
られる。この場合、例えば第１５図に示されるように、
例えば区間Ａにおいては５０μｓのタイムデータと“０
０１１／Ｏ”のスイッチデータとが得られ、区間Ｂにお
いては６４μｓのタイムデータと“／Ｏ／Ｏ／Ｏ”のス
イッチデータとが得られる。なお、スイッチデータの“
Ｘ＋ｙ＊Ｚ”は“ｕ、ｖ、ｗ”を反転したものである。

したがって、メモリ部３には予め上記圧縮機１の運転周
波数に対応したタイムデータおよびスイッチデータ“ｕ
、ｖ、ｗ”が記憶される。また、上記タイムデータおよ
びスイッチデータがメモリより繰り返して読み出され、
それら波形データによる６０度分の基本波形パターン（
ＰＷＭ波形）が繰り返され、１周期のパターン（近似正
弦波）が得られる。

更に詳しく説明すると、スイッチデータによりパワー・
トランジスタ部２の各トランジスタをＯＮ。

ＯＦＦする信号が制御部４にて所定時間出力されるが、
最初にその制御部４のＩ／Ｏポー１’　（ＵｐＶｐＬＸ
ｐＹ＊２）からは時間５０μｓの間“００１１／Ｏ”の
信号が出力される。さらに１次にＩ／Ｏポート（ＵｐＶ
＊Ｉ’ｔＸｔＹ＊Ｚ）からは時間６４μｓの間“／Ｏ／
Ｏ／Ｏ”の信号が出力される。以下同様に、そのＩ／Ｏ
ポート（ＵｙＶｙ’ｙＸ＋ｙｙＺ）からはタイムデータ
の時間の間１”００”を組合せた信号が出力される。す
なわち、　Ｉ／Ｏポートからはそれら′″ｌ　Ｉｔ％ａ
　Ｑ　Ｉｔの信号のパルス列が出力され、これらパルス
列がベース駆動部５に入力される。すると。

このベース駆動部５にてパワー・トランジスタ部２の各
トランジスタが駆動され、そのＩ／Ｏポートの出力（Ｕ
、Ｖ、Ｗ）に対応するパルス状の電圧波形が圧縮機工に
印加される。それらパルス状電圧により、圧縮機■には
υ−ｖ、ｖ−ｗ、ｗ−ｕ相間電圧波形が印加されるため
、その圧縮機１には近似的な正弦波電流が流れ、圧縮機
１のモータが駆動される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記インバータ制御装置のＰｗＭ波形出力にお
いては、負荷の電圧／運転周波数（Ｖ／Ｆ）を一定制御
するようになっているため、上記ＰＷＭ波形を得るデー
タは電気角３０度若しくは６０度分必要であり、負荷の
運転周波数を極め細かくするにはデータ量が膨大となり
、さらにキャリア周波数も制約され、さらにまたメモリ
部３に記憶するタイムデータをそのマイクロコンピュー
タの処理速度より小さい値（数μｓ）にできないという
問題点があった。すなわち、上記Ｉ／Ｏボートから出力
される信号（ＵｙＶＪｙＸｙ３’ｔＺ）を圧縮機ｌに印
加する相間電圧波形で数μｓ程度にすることができず、
例えば圧縮機１の電流波形の歪が大きくなり、その圧縮
機１の駆動時における運転周波数の可変により段階音が
発生することになる。

そこで、制御部４として、高速処理のマイクロコンピュ
ータやゲートアレイ回路を用いることが考えられるが、
今のところ高コストになってしまうという問題点がある
。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり。

その目的はｐｗｓ波形を得るためのデータを記憶するメ
モリ容量を小さくすることができ、しかも運転運転周波
数の可変をより極め細かくするとともに、負荷による段
階音を抑えることができるようにしたＰＷＭ波形出力方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明のインバータ制御
装置は、所定正弦波を等分割し、該等分割位置における
基本波の高さの値を基本波データとし、かつ、前記正弦
波の０度から６０度、６０度から１２０度および１２０
度から１８０度における基本波データを記憶する第１の
メモリと、上記正弦波に一定周波数のキャリア波を重畳
し、該キャリア波の山あるいは谷から上記基本波データ
である高さの値に対応するキャリア波の所定位置までの
間隔をタイムデータして記憶する第２のメモリと、負荷
の目標周波数に応じて上記第１のメモリの基本波データ
を読み出す間隔のデータを記憶する第３のメモリと、上
記目標周波数に対応する出力電圧のデータを記憶する第
４のメモリとを有し、上記負荷の目標周波数に応じた読
み込み間隔データに基づいて上記０度から６０度、６０
度から１２０度および１２０度から１８０度における基
本波データを読み出し。

該基本波データと上記電圧データとにより上記第２のメ
モリのタイムデータを得、かつ、これらタイムデータを
上記キャリア波の半周期毎にマイクロコンピュータのリ
アルタイマに設定し、上記マイクロコンピュータのリア
ルタイマＩ／Ｏポートの出力を上記タイムデータにより
反転制御し、上記負荷をインバータ制御するＵ相、Ｖ相
およびす相のＰＶＭ波形を得るようにしたことを要旨と
する。

［作　　用］ 上記構成としたので、負荷の運転周波数指令に応じて第
１のメモリの所定基本波データが読み出されるとともに
、これら基本波データにより第２のメモリの所定タイム
データが読み出され、かつ、上記キャリア波の半周期毎
にそのタイムデータがマイクロコンピュータのリアルタ
イマにセットされる。また、負荷の運転周波数によって
、第３のメモリの読み込み間隔データ（ステップデータ
）が変えられ、上記第１のメモリから読み出される基本
波データが変えられるため、第２のメモリから読み出さ
れるタイムデータが異なり、このタイムデータがリアル
タイマにセットされる。しかも、Ｕ相、Ｖ相およびり相
についてタイムデータがそれぞれリアルタイマにセット
され、しかも上記第３のメモリの読み込み間隔データと
この間隔データによる基本波データにより、幾つかのタ
イムデータが順次読み出され、かつ、キャリア波の半周
期毎にリアルタイマにセットされる。

すると、リアルタイムＩ／Ｏポートの出力がセットタイ
ムデータに対応する時間に反転制御されるため、そのＩ
／Ｏポートからは負荷を上記運転周波数で駆動するため
のＰＩＩＭ波形が出力され、しかも上記０度から６０度
、６０度から１２０度および１２０度から１８０度の基
本波データによりＵ相、Ｖ相およびＶ相についてのＰＷ
Ｍ波形が出力される。このように、所定正弦波と一定周
波数のキャリア波とにより得たデータに基づいて、ＰＧ
Ｍ波形を得ることができ、しかもそのＰＩＩＩＮ波形に
より負荷に印加する相間電圧波形で数μｓのものが得ら
れる。

［実　施　例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。な
お、第１図中、第１３図と同一部分には同一符号を付し
重複説明を省略する。

第１図乃至第８図において、インバータ制御装置には、
リアルタイムおよびそのＩ／Ｏポートを備えた制御部（
ｃｐｕ；マイクロコンピュータ）／Ｏと、所定正弦波１
１を等分割としく例えばその正弦波６０度を２５６等分
割とし）、この等分割位置にて得られる正弦波１１の高
さの値を基本波データとし、かつ、同様にして６０度か
ら１２０度および１２０度から１８０度の等分割位置に
て得られる正弦波１１の高さの値を基本波として記憶す
る第１のメモリ１２ａと、その正弦波１１に一定周波数
のキャリア波１３を重畳し、このキャリア波１３の山あ
るいは谷の点から上記等分割による正弦波１１の高さの
値の位置までの間隔をタイムデータ１．ＩＩとして記憶
する第２の一メモリ１２ｂと、目標運転周波数に応じて
上記基本波データを読み出すステップデータを記憶する
第３のメモリ１２ｃおよびその目標運転周波数に応じた
タイムデータを得るために、そのステップデータにより
読み出された基本波データに乗算する電圧データを記憶
する第４のメモリ１２ｄとを有するメモリ部１２とが備
えられている。なお、第２図において、上記基本波デー
タが等分割における平均値になっているが、その等分割
の一端部における値であってもよい。また、第２図乃至
第４図は正弦波１１の波高値Ｈを２５６とし、キャリア
周波数ｆｃを３゜３ｋｌ（ｚとし、制御率の最大値を２
とした場合のデータになっている。

ここで、第２図乃至第８図を参照して、上記第１乃至第
４のメモリに記憶されるデータおよびこのデータによる
タイムデータＩ、■の算出方法について説明する。

まず、例えば第２図に示されるように、波高値（Ｈ＝２
５６）の正弦波１１の６０度を２５６等分割し、この等
分割における正弦波１１の高さ（Ｈａ）をＨａ　＝　２
５５ｓｉｎ（Ｊにより算出し、この算出した値を基本波
データとする。さらに、上記同様にして正弦波１１の６
０度〜１２０度および１２０度〜１８０度おいても、そ
れぞれを２５６に等分割し、この等分割における正弦波
１１の高さを算出し、この算出した値を基本波データと
する（第５図に示す）。また、第３図および第４図に示
されるように、傾き負のキャリア波２の山からそのキャ
リア波１３と基本波データとの交差点までの間隔（時間
）をタイムデータＩとし、傾き正のキャリア波１３の谷
からそのキャリア波１３と基本波データとの交差点まで
の間隔（時間）をタイムデータ■とする（第６図に示す
）。さらに、運転周波数に応じて第１のメモリ１２ａの
基本波データを繰り返し読み出すために、読み出す間隔
データを算出し、例えば１５七である場合、最初から三
つ目の基本波データ（３，２２２あるいは２２０）、こ
の三つ目から四つ目の基本波データ（７，２２４あるい
は２１７）、この四つ目から三つ目の基本波データ、こ
の三つ目から四つ目の基本波データおよびこの四つ目か
ら三つ目の基本波データを繰り返し読み出すための間隔
データ“３，４，３，４．３”を算出する（第７図に示
す）。その読み出された基本波データにより上記タイム
デーＩあるいは■を得るため、上記基本波データに所定
電圧データを乗算し、この結果得られた算出値によりタ
イムデータＩあるいは■を得るための電圧データが算出
される（第８図に示す）。なお、上記第２のメモリ１２
ｂには上記算出値がタイムデータ１．ＩＩに対応して記
憶されている（第６図に示す）。

次に、上記インバータ制御装置の動作を第９図乃至第１
１図のフローチャート図および第１２図゛のタイムチャ
ート図に基づいて説明する。

まず、圧縮機１の運転周波数指令が例えば１５Ｈｚで出
されているものとすると、制御部／Ｏ内のＰＶＭタイマ
が所定時間１例えば２　／　ｆ　ｃ（４１５０１Ｊｓ）
に設定されているため（ステップ５ＴＩ）、そのＰＩＩ
Ｍタイマは１５０μｓで繰り返し動作する（第１２図（
ａ）に示す）。すると、そのＰＶＭタイマのタイマ時間
経過、つまりＰＩＩＩＭタイマの立上りあるいは立ち下
がりのタイミングであるか否かが判断され（ステップ５
Ｔ２）、そのタイマ時間が経過していない場合には上記
運転周波数の変更であるか否かの判断が行われる（ステ
ップ５Ｔ３）、その運転周波数に変更がない場合にはス
テップＳＴ２に戻り、上記ステップが繰り返される。

上記運転周波数が変更している場合、例えば前の運転周
波数が１６Ｈｚから１５胞に変えられた場合、周波数デ
ータのセット処理が行われ（ステップ５Ｔ４）、この場
合運転周波数が１５胞であるため、読み込み間隔データ
５ｎ（Ｓｌ乃至ＳＳ）は“３．４．４　。

３．４”から“３，４，３，４．３”に変えられ、この
”３，４，３，４．３”が読み出されてセットされる（
ステップ５ＴＩＯ）、さらに、その１５止の運転周波数
に対応する電圧データ（Ｖ）の“１７″が読み出されて
セットされ（ステップ５ＴＩＩ）、再びステップＳＴ２
に戻り、上記ステップが繰り返される。

続いて、ステップＳＴ２において、Ｐｌｉ１Ｍタイマの
タイマ時間の経過、つまり１ｗＭタイマの立上りあるい
は立ち下がりのタイミングになると、波形データをセッ
トするための割込みが発生し、タイマｌのリセット、ス
タートが行われ（ステップ３Ｔ２０）、また既に得られ
ているタイムデータがリアルタイマにセットされる（ス
テップ５Ｔ２１）、なお、そのリアルタイムのセットは
それぞれＵ相、Ｖ相およびＶ相について行われる。

続いて、次回のタイムデータ、例えばＵ相について説明
すると、既に得られているタイムデータがＩである場合
にはタイムデータ■を得る処理が行われる。上記リアル
タイマにセットされたタイムデータＩが読み込み間隔デ
ータＳ１”３”によるものである場合、次の間隔データ
Ｓ　、　ＩＪ　４　＃ｊによりＮｏ＝Ｎｏ＋Ｓ、＝３＋
４＝７が算出され（ステップ５Ｔ２２）、このＮｏ＝７
に対応する基本波データが読み出されてセットされる（
ステップ５Ｔ２３）、さらに。

その基本波データと電圧データ゛’１７”との乗算処理
が行われるが、圧縮機１の最大制御率が２の場合、０．
０１の精度の制御率を得るため／Ｏ０倍、つまり制御率
２は電圧データ“２００　”となり、電圧データがｉｔ
　１７　ｕが制御率０．１７を示すため、基本波データ
×１７７２００の演算が行われ、第６図に示す所定算出
値が得られる（ステップ５Ｔ２４）、すると、その算出
値に対応するタイムデータが得られるが１例えば前回の
タイムデータが！である場合には■より今回の算出値に
対応するタイムデータが第１のメモリ１２ｂからＲＡＭ
（内部メモリ）にセットされる。さらに、Ｕ相について
説明したが、第５図に示す０度から６０度、６０度から
１２０度および１２０度から１８０度の基本波データに
基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびす相の三相に対応するタイ
ムデータが第２のメモリ１２ｂからＲＡＭのＶ、Ｖにセ
ットされると、ステップＳＴ３に戻り上記ステップが繰
り返される。一方、上記タイマ１のタイム時間がリアル
タイマにセットした値になると、リアルタイマにてリア
ルタイムＩ／Ｏポートの出力が反転制御され（第１２図
（ｂ）に示す）。なお、その反転制御はそれぞれＵ相、
Ｖ相およびす相について行われる。

続いて、上記ステップＳＴ２において、ＰＩｉ１Ｍタイ
マのタイマ時間が経過すると、再び波形データをセット
するための割込みが発生し、タイマ１のリセット、スタ
ーが行われ、上記ステップ５Ｔ２５にてＲＡＭのυ、Ｖ
、Ｗにセットされた値がそれぞれリアルタイマにセット
される。さらに、上述同様に次回のタイムデータを得る
ための処理が行われ、ステップＳＴ３に戻される。一方
、上記タイマ１のタイム時間が上記Ｕ相についてリアル
タイマにセットした値になると、リアルタイマにてリア
ルタイムＩ／Ｏボートの出力が反転制御され（第１２図
（ｂ）に示す）。なお、その反転制御は上述同様にそれ
ぞれυ相、Ｖ相およびＶ相について行われる。

また、リアルタイムＩ／Ｏボートの出力（Ｕ相、Ｖ相お
よびす相ＰＷＭ波形出力）の反転をＸ相、ｙ相および２
相ＰＶＭ波形として得ることにより、′１”８０”のＵ
相、■相、ｌ１１相、Ｘ相、ｙ相および２相ＰＶＭ波形
が得られ、これらパルス列がベース駆動部５に入力され
る。すると、そのベース駆動部５にてパワー・トランジ
スタ部２の各トランジスタが駆動され、上記ＰＷＭ波形
に対応するパルス状の電圧波形が圧縮機１に印加される
ため、圧縮機ｌにはＵ−Ｖ。

ｖ−ｘｉ　、　ｗ−υ相間電圧波形が印加され、その圧
縮機１には近似的な正弦波電流が流れ、圧縮機１のモー
タが駆動される。

このように、メモリ部１２には、所定正弦波１１による
一つの基本波データと、一定周波数としたキャリア波１
３とその基本波データによるタイムデータＩおよび■と
、運転周波数に対応してそのタイムデータを得るため、
上記基本波データの読み込むステップデータ（読み込み
間隔データ）と運転周波数に対応する電圧データとが設
けられ、それらデータにより圧縮機１の運転周波数対応
してタイムデータを得ることができるので、メモリ部１
２の容量が少なくてよく、しかもキャリア周波数が運転
周波数の可変に対して一定のままである。そのため、圧
縮機１をインバータ制御するに際し、圧縮機１に印加す
る相間電圧波形が数μｓのパルスにすることができ、圧
縮機１の電流波形がより正弦波に近くなり（つまりその
電流波形の歪が小さくなり）、その電流波形に含まれる
高調波成分が低減され、その圧縮機１の騒音が抑えられ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明のＰｖＭ波形出力方法に
よれば、所定正弦波を等分割し、この等分割位置におけ
る基本波データと、その正弦波に−定周波数のキャリア
波を重畳し、このキャリア波の山あるいは谷から上記基
本波データに対応する位置までの間隔データ（スイッチ
ングデータ；タイムデータ）と、負荷（圧縮機）の運転
周波数に応じて上記基本波データを読み込む間隔データ
と、上記運転周波数に対する出力電圧データと備え、圧
縮機の運転周波数に応じた読み込み間隔データに応じた
基本波データと出力電圧データより演算処理を行なうと
ともに、この演算処理にて得られたタイムデータをリア
ルタイムに設定し、リアルタイムＩ／Ｏポートの出力波
形をＰＶＭ波形としたので。

ＰＶＭ波形を得るデータが少なく、メモリ容量が小さく
てよく、しかも運転周波数の可変に対してキャリア周波
数を一定のままにすることができ、また圧縮機に印加す
る相間電圧波形において数μｓのパルス幅のものを得る
ことができるため、圧縮機の電流波形の歪を小さくし、
かつ、その電流波形に含まれる高調波成分を低減し、そ
の圧縮機の騒音を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第工図はこの発明の一実施例を示し、ＰＧＭ波形が適用
されるインバータ制御装置の概略的ブロック図、第２図
乃至第４図は上記ＰＷＭ波形出力方法に用いられるデー
タ算出を説明するための図、第５図乃至第８図は上記Ｐ
ＷＭ波形出力方法に用いられるメモリの内容を説明する
ための図、第９図乃至第１１図および第１２図は上記Ｐ
ＶＭ波形出力方法をを説明するためのフローチャート図
およびタイムチャート図、第１３図は従来のインバータ
制御装置の概略的ブロック図、第１４図は従来のインバ
ータ制御装置のＰＶＭ波形出力方法に用いられるデータ
を得る方法を説明するための図、第１５図は従来のイン
バータ制御装置のＰＶＭ波形出力方法に用いられるメモ
リの内容を説明するための図である。 図中、１は圧縮機（負荷）、２はパワー・トランジスタ
部（複数のスイッチング素子）、５はベース駆動部、／
Ｏは制御部（ｃｐｕ　：マイクロコンピュータ）。 １１は正弦、波、１２はメモリ部、１２ａは第Ｉのメモ
リ（基本波データ）、１２ｂは第２のメモリ（タイムデ
ータ）　、１２ｃは第３のメモリ（読み込み間隔データ
）、１２ｄは第４のメモリ（出力電圧データ）、１３は
キャリア波形である。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定正弦波を等分割し、該等分割位置における基
   本波の高さの値を基本波データとし、かつ、前記正弦波
   の０度から６０度、６０度から１２０度および１２０度
   から１８０度における基本波データを記憶する第１のメ
   モリと、 前記正弦波に一定周波数のキャリア波を重畳し、該キャ
   リア波の山あるいは谷から前記基本波データである高さ
   の値に対応するキャリア波の所定位置までの間隔をタイ
   ムデータして記憶する第２のメモリと、 負荷の目標周波数に応じて前記第１のメモリの基本波デ
   ータを読み出す間隔のデータを記憶する第３のメモリと
   、 前記目標周波数に対応する出力電圧のデータを記憶する
   第４のメモリとを有し、 前記負荷の目標周波数に応じた読み込み間隔データに基
   づいて前記０度から６０度、６０度から１２０度および
   １２０度から１８０度における基本波データを読み出し
   、該基本波データと前記電圧データとにより前記第２の
   メモリのタイムデータを得、かつ、これらタイムデータ
   を前記キャリア波の半周期毎にマイクロコンピュータの
   リアルタイマに設定し、前記マイクロコンピュータのリ
   アルタイマＩ／Ｏポートの出力を前記タイムデータによ
   り反転制御し、前記負荷をインバータ制御するＵ相、Ｖ
   相およびＷ相のＰＷＭ波形を得るようにしたことを特徴
   とするＰＷＭ波形出力方法。