JPH05252795A - インバータのデジタル電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、より一層デッドタイム補償効果のあ
る電圧指令値を求めて、インバータの出力電流波形の歪
をなくせることを最も主要な目的としている。 【構成】本発明は、複数個のスイッチング素子からなる
インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、速度
指令値と負荷の速度信号とから速度制御演算を行ない電
流指令値を出力する速度制御演算手段と、電流検出手段
からの電流値と速度制御演算手段からの電流指令値とか
ら電流制御演算を行ない電圧指令値を出力する電流制御
演算手段と、電流制御演算手段からの電圧指令値とキャ
リア発生手段からのキャリア信号とを比較して、インバ
ータのスイッチング素子のゲート信号を出力するＰＷＭ
手段と、インバータのスイッチング素子間に設けられ、
当該スイッチング素子間が導通状態であることを検出す
る導通検出手段、および導通検出手段からの検出信号に
よりスイッチング素子間の導通時間をカウントし、当該
カウント値を電流制御演算手段に対して電圧指令値の補
償信号として出力する計数手段よりなるデットタイム補
償手段とを備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個のスイッチング
素子を直列に接続したものを複数組並列に接続してな
り、直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給するイン
バータの出力電流をデジタル制御する装置に係り、特に
より一層デッドタイム補償効果のある電圧指令値を求め
て、インバータの出力電流波形の歪をなくし得るように
したインバータのデジタル電流制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えばエレベーター用の誘導電
動機を駆動するための手段として、インバータが多く採
用されてきている。このインバータは、複数個のスイッ
チング素子を直列に接続したものを複数組並列に接続し
て構成され、コンバータからの直流電力を交流電力に変
換して誘導電動機へ供給するものである。また、この場
合、インバータは、通常、デジタル電流制御装置によっ
てその出力電流をデジタル制御するようにしている。図
２は、この種の従来の誘導電動機用インバータのデジタ
ル電流制御装置の全体構成例を示すブロック図である。

【０００３】図２において、主回路は、Ｒ，Ｓ，Ｔの三
相交流電源０と、ダイオードからなり、三相交流電源０
からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ１と、
コンバータ１からの直流出力を平滑するための平滑コン
デンサ２と、平滑コンデンサ２の両端にスイッチング素
子を２個直列に接続したものを３組並列に接続してな
り、直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、イ
ンバータ３により変換された交流電力により駆動されて
回転する誘導電動機４とから構成されている。

【０００４】一方、デジタル電流制御装置は、誘導電動
機４の回転軸に直結された回転センサ５と、回転センサ
５の出力信号５ａにより回転位置を検出し、位置信号θ
を出力する位置検出器６と、位置検出器６からの位置信
号θを速度信号ωに変換して出力する微分器７と、速度
指令値ω^* と微分器７からの速度信号ωとを入力して速
度制御演算を行ない、電流指令値ｉ^* を出力する速度制
御演算装置８と、インバータ３と誘導電動機４との主回
路線に設けられた電流検出器９により検出された電流値
をＡ／Ｄ変換し、デジタル値ｉとして出力するＡ／Ｄコ
ンバータ１０と、速度制御演算装置８からの電流指令値
ｉ^* とＡ／Ｄコンバータ１０からのデジタル値ｉとを入
力して電流制御演算を行ない、電圧指令値ｖ^* を出力す
る電流制御演算装置１１と、電流制御演算装置１１から
の電圧指令値ｖ^* とキャリア発生回路１３からのキャリ
ア信号とを比較して、インバータ３のスイッチング素子
のゲート信号を出力するＰＷＭ装置１２とから構成され
ている。

【０００５】ところで、かかるデジタル電流制御装置で
は、インバータ３の主回路間の短絡を防止するために、
インバータ３のスイッチング素子のゲート信号には、デ
ッドタイムが付加されて出力される。そのため、電圧指
令値ｖ^* と実際の出力電圧との間に誤差が生じて、出力
電流波形に歪が生じるという問題がある。

【０００６】そこで、このような問題を解消するため
に、最近では、様々なデッドタイム補償装置が提案され
てきており、その一例としては、例えば次のようなもの
がある。すなわち、電流制御演算装置１１において、電
流指令値ｉ^* の極性に応じて一定の電圧を重畳させるこ
とにより、デッドタイム補償を行なうようにしている。

【０００７】しかしながら、このようなデジタル電流制
御装置のデッドタイム補償においては、ある程度までデ
ッドタイム補償効果が得られてはいるが、出力電流波形
がゼロクロス地点において幾らか歪が残っており、誘導
電動機４の高精度の制御が要求される今日では、十分な
ものであるとは言えなくなってきている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
デッドタイム補償装置を備えたインバータのデジタル電
流制御装置においては、デッドタイムの補償効果が十分
ではなく、インバータの出力電流波形に歪が生じるとい
う問題があった。

【０００９】本発明の目的は、より一層デッドタイム補
償効果のある電圧指令値を求めて、インバータの出力電
流波形の歪をなくすることが可能な極めて信頼性の高い
インバータのデジタル電流制御装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、複数個のスイッチング素子を直列に接
続したものを複数組並列に接続してなり、直流電力を交
流電力に変換して負荷へ供給するインバータの出力電流
をデジタル制御する装置において、インバータの出力電
流を検出する電流検出手段と、速度指令値と負荷の速度
信号とを入力して速度制御演算を行ない、電流指令値を
出力する速度制御演算手段と、電流検出手段により検出
された電流値と速度制御演算手段からの電流指令値とを
入力して電流制御演算を行ない、電圧指令値を出力する
電流制御演算手段と、電流制御演算手段からの電圧指令
値とキャリア発生手段からのキャリア信号とを比較し
て、インバータのスイッチング素子のゲート信号を出力
するＰＷＭ手段と、インバータのスイッチング素子間に
設けられ、当該スイッチング素子間が導通状態であるこ
とを検出する導通検出手段、および導通検出手段からの
検出信号によりスイッチング素子間の導通時間をカウン
トし、当該カウント値を電流制御演算手段に対して電圧
指令値の補償信号として出力する計数手段よりなるデッ
トタイム補償手段とを備えて構成している。ここで、特
に上記負荷としては、誘導電動機としている。

【００１１】

【作用】従って、本発明のインバータのデジタル電流制
御装置においては、導通検出手段よりインバータのスイ
ッチング素子間の導通状態が検出され、この検出信号に
より計数手段によってスイッチング素子間の導通時間が
カウントされる。そして、このカウント値が電流制御演
算手段に、電圧指令値の補償信号として与えられること
により、実際のインバータの出力電圧を認識することが
できるため、電圧指令値にデッドタイム補償の演算処理
が行なえ、インバータの出力電流波形に歪が生じること
はない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明による誘導電動機用インバ
ータのデジタル電流制御装置の全体構成例を示すブロッ
ク図であり、図２と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００１４】すなわち、本実施例のデジタル電流制御装
置は、図１に示すように、インバータ３の２個直列に接
続されたスイッチング素子の負極性側の素子間に取り付
けられ、そのスイッチング素子の正極性側の素子間が導
通状態であることを検出する導通検出手段であるセンサ
ー１４と、センサー１４からの検出信号によりスイッチ
ング素子間の導通時間をカウントし、そのカウント値ｖ
を電流制御演算装置１１に対して、電圧指令値ｖ^* の補
償信号として出力する計数手段であるカウンタ１５とか
らなるデットタイム補償装置を備えた構成としている。
次に、以上のように構成した本実施例の誘導電動機用イ
ンバータのデジタル電流制御装置の作用について説明す
る。

【００１５】図１において、インバータ３により変換さ
れた交流電力は、誘導電動機４に入力され、誘導電動機
４を回転させる。この誘導電動機４の回転軸に直結され
た回転センサ５からの出力信号５ａは、位置検出器６に
入力され、位置検出器６から位置信号θが微分器７に入
力される。微分器７では、位置信号θが速度信号ωに変
換され、速度制御演算装置８に入力される。

【００１６】一方、速度制御演算装置８では、速度指令
値ω^* と速度信号とωにより速度制御演算が行なわれ、
電流指令値ｉ^* が電流制御演算装置１１に入力される。
また、電流検出器９によって検出されたインバータ３の
電流値は、Ａ／Ｄコンバータ１０によってアナログ／デ
ジタル変換され、そのデジタル値ｉが電流制御演算装置
１１に入力される。さらに、センサー１４では、インバ
ータ３の２個直列に接続されたスイッチング素子の正極
性側の素子間が導通状態であることが検出され、その検
出信号がカウンタ１５に入力される。そして、カウンタ
１５では、センサー１４からの検出信号によってスイッ
チング素子間の導通時間がカウントされ、そのカウント
値ｖが電流制御演算装置１１に電圧指令値ｖ^* の補償信
号として入力される。

【００１７】これにより、電流制御演算装置１１では、
速度制御演算装置８からの電流指令値ｉ^* と、Ａ／Ｄコ
ンバータ１１からのデジタル値ｉと、カウンタ１５から
のカウント値ｖとから電流制御演算が行なわれ、電圧指
令値ｖ^* が算出される。すなわち、電流指令値ｉ^* とデ
ジタル値ｉとから得られた電圧指令値に対し、カウント
値ｖによってデットタイムの補償演算が行なわれ、最終
的な電圧指令値ｖ^* が得られ、この電圧指令値ｖ^* がＰ
ＷＭ装置１２に入力される。

【００１８】そして、ＰＷＭ装置１２では、電流制御演
算装置１１からの電圧指令値ｖ^* と、キャリア発生回路
１３からのキャリア信号とが比較されて、インバータ３
のスイッチング素子にゲート信号が出力される。

【００１９】この場合、電流制御演算装置１１では、カ
ウンタ１５からのカウント値ｖを読み込むことによっ
て、実際のインバータ３の出力電圧を認識することがで
きることにより、より一層デッドタイム補償効果のある
電圧指令値ｖ^* を演算することができ、出力電流波形の
歪をなくすことができる。

【００２０】上述したように、本実施例では、２個のス
イッチング素子を直列に接続したものを３組並列に接続
してなり、コンバータ１からの直流電力を交流電力に変
換して誘導電動機４へ供給するインバータ３の出力電流
をデジタル制御する装置を、インバータ３の出力電流を
検出する電流検出器９と、電流検出器９からの電流値を
アナログ／デジタル変換するＡ／Ｄコンバータ１０と、
速度指令値ω^* と誘導電動機４の速度信号ωとを入力し
て速度制御演算を行ない、電流指令値ｉ^* を出力する速
度制御演算装置８と、Ａ／Ｄコンバータ１０からの電流
値と速度制御演算装置８からの電流指令値ｉ^* とを入力
して電流制御演算を行ない、電圧指令値ｖ^* を出力する
電流制御演算装置１１と、電流制御演算装置１１からの
電圧指令値ｖ^* とキャリア発生回路１３からのキャリア
信号とを比較して、インバータ３のスイッチング素子の
ゲート信号を出力するＰＷＭ装置１２と、インバータ３
のスイッチング素子間に設けられ、スイッチング素子間
が導通状態であることを検出するセンサー１４、および
センサー１４からの検出信号によりスイッチング素子間
の導通時間をカウントし、そのカウント値ｖを電流制御
演算装置１１に対して電圧指令値ｖ^* の補償信号として
出力するカウンタ１５よりなるデットタイム補償装置と
から構成したものである。

【００２１】従って、インバータ３のスイッチング素子
間にセンサー１４を設置し、その検出信号により動作す
るカウンタ１５を設置し、電流制御演算装置１１が実際
のインバータ３の出力電圧を認識できるため、より一層
デッドタイム補償効果のある電圧指令値ｖ^* を演算する
ことができ、出力電流波形の歪をなくすことが可能とな
る。これにより、誘導電動機４の高精度な制御の要求に
十分に答えることができる。

【００２２】尚、上記実施例では、負荷が誘導電動機で
ある、誘導電動機用インバータに本発明を適用する場合
について説明したが、これに限らず負荷が誘導電動機以
外である、その他のインバータについても、本発明を同
様に適用できるものである。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数個のスイッチング素子を直列に接続したものを複数組
並列に接続してなり、直流電力を交流電力に変換して負
荷へ供給するインバータの出力電流をデジタル制御する
装置において、インバータの出力電流を検出する電流検
出手段と、速度指令値と負荷の速度信号とを入力して速
度制御演算を行ない、電流指令値を出力する速度制御演
算手段と、電流検出手段により検出された電流値と速度
制御演算手段からの電流指令値とを入力して電流制御演
算を行ない、電圧指令値を出力する電流制御演算手段
と、電流制御演算手段からの電圧指令値とキャリア発生
手段からのキャリア信号とを比較して、インバータのス
イッチング素子のゲート信号を出力するＰＷＭ手段と、
インバータのスイッチング素子間に設けられ、当該スイ
ッチング素子間が導通状態であることを検出する導通検
出手段、および導通検出手段からの検出信号によりスイ
ッチング素子間の導通時間をカウントし、当該カウント
値を電流制御演算手段に対して電圧指令値の補償信号と
して出力する計数手段よりなるデットタイム補償手段と
を備えて構成したので、より一層デッドタイム補償効果
のある電圧指令値を求めて、インバータの出力電流波形
の歪をなくすることが可能な極めて信頼性の高いインバ
ータのデジタル電流制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による誘導電動機用インバータのデジタ
ル電流制御装置の一実施例を示すブロック図。

【図２】従来の誘導電動機用インバータのデジタル電流
制御装置の全体構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

０…三相交流電源、１…コンバータ、２…平滑コンデン
サ、３…インバータ、４…誘導電動機、５…回転センサ
ー、６…位置検出器、７…微分器、８…速度制御演算装
置、９…電流検出器、１０…Ａ／Ｄコンバータ、１１…
電流制御演算装置、１２…ＰＷＭ装置、１３…キャリア
発生回路、１４…センサー、１５…カウンタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のスイッチング素子を直列に接続
   したものを複数組並列に接続してなり、直流電力を交流
   電力に変換して負荷へ供給するインバータの出力電流を
   デジタル制御する装置において、 前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、 速度指令値と前記負荷の速度信号とを入力して速度制御
   演算を行ない、電流指令値を出力する速度制御演算手段
   と、 前記電流検出手段により検出された電流値と前記速度制
   御演算手段からの電流指令値とを入力して電流制御演算
   を行ない、電圧指令値を出力する電流制御演算手段と、 前記電流制御演算手段からの電圧指令値とキャリア発生
   手段からのキャリア信号とを比較して、前記インバータ
   のスイッチング素子のゲート信号を出力するＰＷＭ手段
   と、 前記インバータのスイッチング素子間に設けられ、当該
   スイッチング素子間が導通状態であることを検出する導
   通検出手段、および前記導通検出手段からの検出信号に
   より前記スイッチング素子間の導通時間をカウントし、
   当該カウント値を前記電流制御演算手段に対して電圧指
   令値の補償信号として出力する計数手段よりなるデット
   タイム補償手段と、 を備えて成ることを特徴とするインバータのデジタル電
   流制御装置。
2. 【請求項２】 前記負荷としては、誘導電動機であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のインバータのデジタル
   電流制御装置。