JPH10201248A

JPH10201248A - 電源装置

Info

Publication number: JPH10201248A
Application number: JP9003820A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎; Hiroshi Takei; 洋武井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: JP3734583B2

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷状態等に対応する内部的状態に基づいて
リアクタの短絡制御を行うことにより高速に動作し、安
定性および制御性に優れた電源装置を提供する。【解決手段】インバータ回路７を制御するインバータ
制御手段１４のパルス幅変調制御信号のデューティ比を
力率改善制御手段１３に供給し、デューティ比に基づい
て短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を力率改善制
御手段１３で決定し、この短絡信号で短絡素子１０を駆
動して、該短絡開始時刻から短絡期間の間、短絡素子１
０によりリアクタ２および第２のダイオードブリッジ９
を介して交流電源１を短絡して、電源力率を改善してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源に直列に接続
されたリアクタを介して電源を短絡することにより電源
力率を改善した電源装置に関し、特に高速動作が可能で
制御性に優れた電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源装置からより多くの有効電力を取り
出すには、電源力率を改善することが有効であり、多く
の有効電力を負荷の機器に供給することにより機器の最
大能力を増大することができる。また、電源力率を改善
することにより、近年問題となりつつある電源の高調波
電流を低減できる場合が多く、国内外の高調波電流規制
にも対応することができる。

【０００３】電源装置の力率を改善する方法として、従
来、例えば特開平７−７９４６号公報に開示されたもの
がある。この公報は、短絡素子によりリアクタを介して
電源を短絡するものであり、具体的には負荷状態、短絡
電流、高調波電流含有率、電源力率、波形歪率などに応
じてリアクタの短絡開始までの遅延時間および短絡期間
を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の力率改
善方法では、負荷状態などを検出手段で検出し、この検
出結果に基づいてリアクタの短絡開始までの遅延時間お
よび短絡時間を決定しているものであるため、該検出手
段の検出遅れにより短絡信号にも遅延が発生し、短絡開
始までの遅延時間や短絡時間が不適切なものとなり、応
答性や安定性が悪化し、適切な制御ができないという問
題がある。

【０００５】なお、負荷状態の代わりに短絡電流、高調
波電流含有率、電源力率、波形歪率などを使用しても同
様に遅延が発生し、応答性や安定性が悪化し、適切な制
御ができないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、負荷状態等に対応する内部的
状態に基づいてリアクタの短絡制御を行うことにより高
速に動作し、安定性および制御性に優れた電源装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、交流電源からの交流電力
を直流電力に変換するコンバータ、該コンバータからの
直流電力をパルス幅変調制御して交流電力に変換するイ
ンバータ、前記交流電源に直列に接続されたリアクタ、
および前記リアクタを介して交流電源を短絡する短絡手
段を有する電源装置であって、前記インバータを制御す
るパルス幅変調制御信号のデューティ比に基づいて前記
短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定し、この
短絡開始時刻から短絡期間の間、前記短絡手段を駆動す
るように制御して力率を改善する力率制御手段を有する
ことを要旨とする。

【０００８】請求項１記載の本発明にあっては、インバ
ータを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比に
基づいて短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定
し、この短絡開始時刻から短絡期間の間、短絡手段を駆
動制御して力率を改善しているため、検出手段などによ
る検出遅延もなく、高速かつ安定に動作することができ
る。

【０００９】また、請求項２記載の本発明は、交流電源
からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ、該コ
ンバータからの直流電力をパルス幅変調制御して交流電
力に変換するインバータ、前記交流電源に直列に接続さ
れたリアクタ、および前記リアクタを介して交流電源を
短絡する短絡手段を有する電源装置であって、前記イン
バータを制御するパルス幅変調制御信号の出力周波数に
基づいて前記短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を
決定し、この短絡開始時刻から短絡期間の間、前記短絡
手段を駆動するように制御して力率を改善する力率制御
手段を有することを要旨とする。

【００１０】請求項２記載の本発明にあっては、インバ
ータを制御するパルス幅変調制御信号の出力周波数に基
づいて短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定
し、この短絡開始時刻から短絡期間の間、短絡手段を駆
動制御して力率を改善しているため、検出手段などによ
る検出遅延もなく、高速かつ安定に動作することができ
る。

【００１１】更に、請求項３記載の本発明は、交流電源
からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ、該コ
ンバータからの直流電力をパルス幅変調制御して交流電
力に変換するインバータ、前記交流電源に直列に接続さ
れたリアクタ、および前記リアクタを介して交流電源を
短絡する短絡手段を有する電源装置であって、前記イン
バータを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比
および出力周波数に基づいて前記短絡手段の短絡開始時
刻および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡
期間の間、前記短絡手段を駆動するように制御して力率
を改善する力率制御手段を有することを要旨とする。

【００１２】請求項３記載の本発明にあっては、インバ
ータを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比お
よび出力周波数に基づいて短絡手段の短絡開始時刻およ
び短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期間の
間、短絡手段を駆動制御して力率を改善しているため、
検出手段などによる検出遅延もなく、高速かつ安定に動
作することができる。

【００１３】請求項４記載の本発明は、交流電源からの
交流電力を直流電力に変換するコンバータ、該コンバー
タからの直流電力をパルス幅変調制御して交流電力に変
換するインバータ、該インバータに接続され、該インバ
ータによって駆動される電動機、前記交流電源に直列に
接続されたリアクタ、および前記リアクタを介して交流
電源を短絡する短絡手段を有する電源装置であって、前
記インバータを制御するパルス幅変調制御信号のデュー
ティ比および前記電動機の実回転数に基づいて前記短絡
手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定し、この短絡
開始時刻から短絡期間の間、前記短絡手段を駆動するよ
うに制御して力率を改善する力率制御手段を有すること
を要旨とする。

【００１４】請求項４記載の本発明にあっては、インバ
ータを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比お
よび電動機の実回転数に基づいて短絡手段の短絡開始時
刻および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡
期間の間、短絡手段を駆動制御して力率を改善している
ため、検出手段などによる検出遅延もなく、高速かつ安
定に動作することができる。

【００１５】また、請求項５記載の本発明は、交流電源
からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ、該コ
ンバータからの直流電力をパルス幅変調制御して交流電
力に変換するインバータ、該インバータに接続され、該
インバータによって駆動される電動機、前記交流電源に
直列に接続されたリアクタ、および前記リアクタを介し
て交流電源を短絡する短絡手段を有する電源装置であっ
て、前記電動機の目標回転数および実回転数に基づいて
前記短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定し、
この短絡開始時刻から短絡期間の間、前記短絡手段を駆
動するように制御して力率を改善する力率制御手段を有
することを要旨とする。

【００１６】請求項５記載の本発明にあっては、電動機
の目標回転数および実回転数に基づいて短絡手段の短絡
開始時刻および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻か
ら短絡期間の間、短絡手段を駆動制御して力率を改善し
ているため、検出手段などによる検出遅延もなく、高速
かつ安定に動作することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施形態に係わる
電源装置の構成を示す回路図である。同図に示す電源装
置は、交流電源１の一方の出力端に一端が接続されたリ
アクタ２を有し、該リアクタ２の他端は４個のダイオー
ドからなる第１のダイオードブリッジ３と平滑用電解コ
ンデンサ４，５，６とからなり、交流電源１からの交流
電圧を倍電圧の直流電圧に整流する倍電圧整流回路を構
成しているコンバータに接続されている。該コンバータ
からの直流電圧はインバータ回路７に供給されて、交流
電圧に変換され、電動機８を駆動するようになってい
る。

【００１９】また、交流電源１の両端にはリアクタ２を
介して第２のダイオードブリッジ９が接続され、この第
２のダイオードブリッジ９の両出力端には例えばバイポ
ーラトランジスタ、ＩＧＴ、ＭＯＳＦＥＴなどからなる
スイッチング素子である短絡素子１０が接続され、該短
絡素子１０がオンした場合には、リアクタ２および第２
のダイオードブリッジ９を介して交流電源１を短絡し、
これにより電源装置の力率を改善しうるようになってい
る。

【００２０】前記短絡素子１０の制御端子、すなわちベ
ースはコントローラ１１内に設けられた力率改善制御手
段１３に接続され、該力率改善制御手段１３によって短
絡素子１０が駆動され、これにより短絡素子１０はオン
するようになっている。

【００２１】また、交流電源１の両端にはコントローラ
１１内に設けられたゼロクロス検出手段１２が接続さ
れ、これによりゼロクロス検出手段１２は交流電源１の
交流電圧がゼロクロス点を通過する時点を検出し、この
検出信号を力率改善制御手段１３に供給するようになっ
ている。

【００２２】更に、コントローラ１１は、ゼロクロス検
出手段１２および力率改善制御手段１３に加えて、イン
バータ制御手段１４を有し、該インバータ制御手段１４
はインバータ回路７をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御し、
これによりコンバータからの直流電圧を交流電圧に変換
するようにインバータ回路７を制御している。また、イ
ンバータ制御手段１４からインバータ回路７をＰＷＭ制
御するＰＷＭ信号、具体的にはＰＷＭ信号のデューティ
比信号が力率改善制御手段１３にも供給されるようにな
っている。

【００２３】図２は、図１に示す電源装置の各部の信号
の波形を示す図であり、特に短絡素子１０を駆動する力
率改善制御手段１３の出力信号のパルス幅とインバータ
回路７を駆動するインバータ制御手段１４からのＰＷＭ
信号のデューティ比との関係を示している。図２におい
て、２１は交流電源１の電圧波形、２２は力率改善を行
った場合の交流電源１の電流波形、２３は短絡素子１０
を駆動する力率改善制御手段１３の出力信号である短絡
信号、２４はインバータ制御手段１４のＰＷＭ信号のデ
ューティ比をアナログ値に変換して示しているものであ
る。

【００２４】図３は、図１に示す電源装置の動作原理を
わかりやすく説明するための図１の要部の機能図であ
る。図３に示すように、インバータ制御手段１４はイン
バータ回路７を制御するためのＰＷＭ信号のデューティ
比および出力周波数（変調周波数）を計算し、このよう
に計算したＰＷＭ信号でインバータ回路７を制御すると
ともに、該ＰＷＭ信号のデューティ比を力率改善制御手
段１３に供給し、力率改善制御手段１３はこのデューテ
ィ比に基づいて第２のダイオードブリッジ９および短絡
素子１０からなる短絡回路９１を駆動する短絡信号２
３、具体的には短絡開始時間と短絡期間を規定した短絡
信号２３を発生し、この短絡信号２３で短絡素子１０を
駆動し、これにより第２のダイオードブリッジ９、リア
クタ２を介して交流電源１を短絡し、電源装置の力率を
改善するというように本実施形態においてインバータ回
路７を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比をインバータ
制御手段１４から入手し、このデューティ比に基づいて
短絡信号２３を生成しているものである。

【００２５】インバータ回路７を駆動するＰＷＭ信号の
デューティ比は、インバータ回路７の瞬時出力電力とほ
ぼ等価であると考えられるので、デューティ比に基づい
て短絡信号を生成し、この短絡信号でリアクタ２を介し
て交流電源１を短絡することにより、電源装置の負荷の
運転状態に対応した力率改善を行うことができることに
なる。

【００２６】図１の電源装置の作用を更に詳しく説明す
る。図２の電圧波形２１で示すような正弦波の交流電圧
が交流電源１から入力されると、この交流電圧のゼロク
ロス点がコントローラ１１のゼロクロス検出手段１２で
検出され、力率改善制御手段１３に供給される。力率改
善制御手段１３は、インバータ制御手段１４から供給さ
れるＰＷＭ信号のデューティ比（図２の２４）に基づい
て短絡信号２３のゼロクロス点からの短絡開始時間と短
絡時間を計算し、この計算した短絡信号２３をゼロクロ
ス検出手段１２で検出したゼロクロス点から短絡開始時
間だけ遅延させて図２の２３で示すように出力して、短
絡素子１０をオン状態に駆動し、これにより第２のダイ
オードブリッジ９、リアクタ２を介して交流電源１を短
絡する。短絡信号２３の間、交流電源１を短絡した後、
短絡素子１０をオフ状態に開放すると、リアクタ２に蓄
積されたエネルギが負荷側に放出され、第１のダイオー
ドブリッジ３およびコンデンサ４，５，６からなる倍電
圧整流回路で整流され、インバータ回路７に供給され
る。

【００２７】このように交流電源１をリアクタ２を介し
て短絡することにより、図２の電流波形２２で示すよう
に電源電流の導通時間が拡大し、電源力率が改善される
ことになる。特に、本実施形態では、短絡信号をインバ
ータ回路７を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比に基づ
いて決定しており、このデューティ比はインバータ回路
７の瞬時出力電力とほぼ等価であるため、電源装置の負
荷の運転状態に対応した力率改善のための短絡信号が生
成され、電源力率を最良の動作点で制御することができ
る。なお、従来は、例えば電流センサや電圧検出回路等
の負荷状態の検出手段を設けていたが、本実施形態で
は、このような検出手段を必要としないため、検出手段
の遅延の影響（ノイズフィルタ等のハード的な遅延）を
受けることもない。また、従来のように負荷状態が変化
したことを検出した後に、短絡信号の演算を行うことも
ないので、力率改善制御が遅延することもなく、高速に
動作することができ、応答性および制御性を向上するこ
とができる。

【００２８】また実際には、図２において短絡信号２３
とデューティ比２４を示すように、ＰＷＭ信号のデュー
ティ比２４が大きくなっていくのと同時に、力率改善制
御手段１３からの短絡信号２３の短絡時間も長くなって
いくので、負荷電流や出力電圧が急変動したり、ハンチ
ングや振動を行うことはなく、常に安定した動作を実現
することができる。

【００２９】次に、短絡信号２３の短絡開始時間および
短絡期間の計算例について説明する。最も簡単な計算
は、１次関数を利用する方法であり、以下のように計算
できる。

【００３０】短絡開始時間＝−（デューティ比−Ａ）×
Ｂ短絡期間＝Ｃ×（デューティ比−Ｄ）ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはシステムによって決定される
定数である。

【００３１】図４は、この計算結果の一例を示す図であ
り、横軸にデューティ比を取り、縦軸にゼロクロス点か
らの経過時間を示している。そして、斜線の部分が短絡
期間である。短絡開始時間はデューティ比に対してほぼ
一定であるが、短絡期間はデューティ比の増加とともに
増大している。

【００３２】なお、この説明では、１次関数を用いて短
絡期間を計算したが、実際には他の関数を用いたり、予
め計算した値をデータテーブルに格納しておき、その値
を用いてもよい。また、デューティ比の範囲に応じて定
数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを変更したり、計算方法を変更するこ
とで、更に優れた制御が可能である。

【００３３】次に、図５を参照して、本発明の第２の実
施形態について説明する。図５に示す電源装置は、交流
電源１の両端に接続され、該交流電源１からの交流電圧
を全波整流する第１のダイオードブリッジ３の一方の出
力端にリアクタ２の一端を接続し、リアクタ２の他端と
第１のダイオードブリッジ３の他端との間に短絡素子１
０を接続し、これにより該短絡素子１０によりリアクタ
２、第１のダイオードブリッジ３を介して交流電源１を
短絡するように構成するとともに、リアクタ２の他端を
逆流防止用のダイオード１５を介して平滑用の電解コン
デンサ６およびインバータ回路７に接続するように構成
している。ダイオード１５は短絡素子１０がオンしてリ
アクタ２、第１のダイオードブリッジ３を介して交流電
源１を短絡した場合に、平滑用電解コンデンサ６が短絡
素子１０で短絡されないようにしているものである。

【００３４】また、図５に示す電源装置は、図１の電源
装置と同様に、交流電源１の一端がコントローラ１１の
ゼロクロス検出手段１２に接続され、短絡素子１０の制
御端子であるベースが力率改善制御手段１３に接続さ
れ、インバータ回路７がインバータ制御手段１４に接続
され、図１で説明したと同様に動作するようになってい
る。

【００３５】図５に示す電源装置は、基本的には図３で
説明した動作原理と同様に、インバータ回路７を制御す
るインバータ制御手段１４のＰＷＭ信号のデューティ比
を力率改善制御手段１３に供給し、力率改善制御手段１
３はこのデューティ比に基づいて短絡素子１０を駆動す
る短絡信号の短絡開始時間および短絡期間を決定し、こ
の短絡信号を短絡回路９１に供給して、短絡素子１０を
オン状態に駆動し、これによりリアクタ２、第１のダイ
オードブリッジ３を介して交流電源１を短絡して、電源
力率を改善しているものである。なお、図５の回路構成
では、図３に示す短絡回路９１は第１のダイオードブリ
ッジ３および短絡素子１０で構成されることになる。

【００３６】更に詳しく説明すると、交流電源１の交流
電圧はコントローラ１１のゼロクロス検出手段１２でゼ
ロクロス点が検出され、この検出信号が力率改善制御手
段１３に供給される。また、力率改善制御手段１３は、
インバータ回路７を駆動制御するインバータ制御手段１
４からのＰＷＭ信号のデューティ比を受け取り、このデ
ューティ比に基づいて短絡信号の短絡開始時間と短絡期
間を図２の短絡信号２３で示すように決定し、この短絡
信号２３で短絡素子１０を導通制御し、これによりリア
クタ２、第１のダイオードブリッジ３を介して交流電源
１を短絡する。短絡信号２３の間、交流電源１を短絡し
た後、短絡素子１０をオフ状態に開放することにより、
リアクタ２に蓄積されたエネルギが負荷側に放出され、
ダイオード１５およびコンデンサ６からなる整流平滑回
路で整流され、インバータ回路７に供給される。

【００３７】このように交流電源１をリアクタ２を介し
て短絡することにより、図２の電流波形２２で示すよう
に電源電流の導通時間が拡大し、電源力率が改善される
ことになる。特に、本実施形態の電源装置は、図１の実
施形態と同様に、短絡信号をＰＷＭ信号のデューティ比
に基づいて決定しており、このデューティ比はインバー
タ回路７の瞬時出力電力とほぼ等価であるため、電源装
置の負荷の運転状態に対応した力率改善のための短絡信
号が生成され、電源力率を最良の動作点で制御すること
ができる。

【００３８】次に、図６を参照して、本発明の第３の実
施形態について説明する。図６は、第３の実施形態の動
作原理をわかりやすく説明するための基本的構成のみを
示しているものであり、その具体的回路構成は図１およ
び図５に示すいずれの回路構成の電源装置でも同様に実
施し得るものである。なお、図１および図５に示す電源
装置の回路構成については既に詳述したので、図６のみ
を参照して、第３の実施形態の基本的動作についてのみ
説明する。

【００３９】第３の実施形態の電源装置は、図６に示す
ように、インバータ回路７を駆動制御するインバータ制
御手段１４のＰＷＭ信号の出力周波数（変調周波数）を
力率改善制御手段１３に供給し、これにより力率改善制
御手段１３はＰＷＭ信号の出力周波数のみに基づいて短
絡信号の短絡開始時間および短絡期間を計算し、この計
算した短絡信号を短絡回路９１に供給し、これにより交
流電源１を短絡して、電源力率を改善しているものであ
る。出力周波数（変調周波数）は、例えば、インバータ
回路の負荷が誘導モータ等の場合には、インバータ回路
から出力される交流電源の周波数に相当し、また、例え
ば、インバータ回路の負荷がブラシレスＤＣモータ等の
場合には、通電相の切り替え周波数に相当する。

【００４０】このように、デューティ比の代わりにイン
バータ制御手段１４からのＰＷＭ信号の出力周波数を使
用しても、短絡信号の短絡開始時間および短絡期間を適
確に決定することができる。ＰＷＭ信号の出力周波数
は、インバータ回路７の瞬時出力電力と強い相関がある
ので、電源装置の運転状態に対応した短絡信号を常に生
成し、電源力率を最良の動作点で制御することが可能で
ある。なお、従来は別途電流センサや電圧検出回路等の
負荷状態の検出手段を設けていたが、本実施形態では、
このような検出手段を必要としないため、検出手段の遅
延の影響（ノイズフィルタ等のハード的な遅延）を受け
ることもない。また、従来のように負荷状態が変化した
ことを検出した後に、短絡信号の演算を行うこともない
ので、力率改善制御が遅延することもなく、高速に動作
することができ、応答性および制御性を向上することが
できる。

【００４１】短絡信号の短絡開始時間および短絡期間の
計算列について説明する。最も簡単な計算は、１次関数
を利用する方法であり、以下のように計算できる。

【００４２】短絡開始時間＝−（出力周波数−Ａ）×Ｂ短絡期間＝Ｃ×（出力周波数−Ｄ）ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはシステムによって決定される
定数である。なお、この計算では、１次関数を用いて短
絡期間を計算したが、実際には他の関数を用いたり、予
め計算した値をデータテーブルに格納しておき、その値
を用いてもよい。また、出力周波数の範囲に応じて定数
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを変更したり、計算方法を変更すること
で、更に優れた制御が可能である。

【００４３】次に、図７を参照して、本発明の第４の実
施形態について説明する。図７は、図６の場合と同様
に、第４の実施形態の動作原理をわかりやすく説明する
ための基本的構成のみを示しているものであり、その具
体的回路構成は図１および図５に示すいずれの回路構成
の電源装置でも同様に実施し得るものである。なお、図
１および図５に示す電源装置の回路構成については既に
詳述したので、図７のみを参照して、第４の実施形態の
基本的動作についてのみ説明する。

【００４４】第４の実施形態の電源装置は、図７に示す
ように、インバータ回路７を駆動制御するインバータ制
御手段１４がＰＷＭ信号のデューティ比および出力周波
数を計算し、この計算したＰＷＭ信号でインバータ回路
７を制御するとともに、インバータ制御手段１４はＰＷ
Ｍ信号のデューティ比と出力周波数の両方を力率改善制
御手段１３に供給する。この結果、力率改善制御手段１
３はデューティ比に加えて出力周波数に基づいて短絡信
号の短絡開始時間と短絡期間を計算し、この計算した短
絡信号を短絡回路９１に供給し、これにより交流電源１
を短絡して、電源力率を改善しているものである。

【００４５】ＰＷＭ信号のデューティ比と出力周波数
は、インバータ回路７の瞬時出力電力と強い相関がある
ので、電源装置の運転状態に対応した短絡信号を常に生
成し、電源力率を最良の動作点で制御することが可能で
ある。また、従来のように、検出手段を必要としないた
め、検出手段の遅延の影響を受けることもなく、力率改
善制御が遅延することもなく、高速に動作することがで
き、応答性および制御性を向上することができる。な
お、第１ないし第３の実施形態に基づいてデューティ比
と出力周波数のいずれかの変数により短絡信号を決定
し、使用しなかった方の変数を用いて補正を行うように
することも考えられる。

【００４６】図８は、本発明の第５の実施形態に係わる
電源装置の構成を示す回路図である。同図に示す電源装
置は、図１に示した電源装置においてインバータ回路７
の出力に電動機８を接続するとともに、該電動機８の回
転数をコントローラ１１に設けた回転数検出手段１６で
検出し、この検出した電動機８の回転数を力率改善制御
手段１３に供給し、これにより力率改善制御手段１３は
インバータ制御手段１４からのＰＷＭ信号のデューティ
比と回転数検出手段１６からの電動機８の回転数に基づ
いて短絡信号を決定するように構成しているものであ
り、この他の構成および作用は図１の電源装置と同じで
あり、同じ構成要素には同じ符号が付されている。

【００４７】図９は、図８に示す電源装置の動作原理を
わかりやすく説明するための図８の要部の機能図であ
る。図９に示すように、インバータ制御手段１４はイン
バータ回路７を駆動するＰＷＭ信号のデューティ比およ
び出力周波数を計算し、この計算したＰＷＭ信号でイン
バータ回路７を制御するとともに、この計算したＰＷＭ
信号のデューティ比を力率改善制御手段１３に供給す
る。また、インバータ回路７で駆動される電動機８の回
転数、すなわち実回転周波数が前記回転数検出手段１６
で検出され、この検出された電動機８の実回転周波数が
力率改善制御手段１３に供給される。

【００４８】力率改善制御手段１３は、このようにＰＷ
Ｍ信号のデューティ比および電動機８の実回転周波数を
供給されると、デューティ比に基づいて短絡信号を決定
するとともに、電動機８の実回転周波数によって力率改
善のための短絡信号の補正を行う。例えば、電動機８の
実回転周波数がシステムによって決定される予め予想さ
れた定常値と異なっている場合には、交流電源１の電圧
が変動したかまたは電動機８の負荷トルクが変動したこ
となどが考えられるので、この場合にはインバータ回路
７へ出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を修正し、実
回転周波数が目標回転周波数に近づくように電動機８を
制御すると同時に、電動機８の実回転周波数に応じて短
絡信号の短絡開始時間および短絡期間を補正する。この
ようにして、電源電圧の変動や負荷トルクの変動の影響
を受けないように高速で制御性の優れた力率改善制御を
行うことができる。

【００４９】次に、図１０を参照して、本発明の第６の
実施形態について説明する。図１０は、第６の実施形態
の動作原理をわかりやすく説明するための基本的構成の
みを示しているものであり、その具体的回路構成は図８
に示した回路構成の電源装置で実施し得るものである。
なお、図８に示す電源装置の回路構成については既に詳
述したので、図１０のみを参照して、第６の実施形態の
基本的動作についてのみ説明する。

【００５０】第６の実施形態の電源装置は、図１０に示
すように、インバータ回路７を駆動制御するインバータ
制御手段１４のＰＷＭ信号の目標回転周波数を力率改善
制御手段１３に供給するとともに、図８に示した回転数
検出手段１６で検出した電動機８の実回転数である実回
転周波数も力率改善制御手段１３に供給され、これによ
り力率改善制御手段１３は目標回転周波数と実回転周波
数に基づいて短絡信号を決定する。更に具体的には、力
率改善制御手段１３は、目標回転周波数に基づいて短絡
信号を決定し、電動機８の実回転周波数により力率改善
のための短絡信号の補正を行い、この補正された短絡信
号により交流電源１を短絡して、電源力率を改善してい
るものである。

【００５１】例えば、電動機８の実回転周波数がシステ
ムによって決定される予め予想された定常値と異なって
いる場合には、交流電源１の電圧が変動したかまたは電
動機８の負荷トルクが変動したことなどが考えられるの
で、この場合にはインバータ回路７へ出力されるＰＷＭ
信号のデューティ比を修正し、実回転周波数が目標回転
周波数に近づくように電動機８を制御すると同時に、電
動機８の実回転周波数に応じて短絡信号の短絡開始時間
および短絡期間を補正する。これにより、電源電圧の変
動や負荷トルクの変動の影響を受けないように高速で制
御性の優れた力率改善制御を行うことができる。

【００５２】なお、上記各実施形態において、リアク
タ、短絡回路、コンデンサなどの接続位置を入れ替えて
も同様の力率改善機能および同様な効果を有する電源装
置を構成することができるものであり、本発明はこのよ
うに入れ替え変更された種々の電源装置にも同様に適用
し得るものである。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明によれば、インバータを制御するパルス幅変調制御
信号のデューティ比に基づいて短絡手段の短絡開始時刻
および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期
間の間、短絡手段を駆動制御することによりリアクタを
介して交流電源を短絡して力率を改善しているので、従
来のような検出手段などによる検出遅延もなく、電源力
率が最良の点において高速かつ安定に動作することがで
きる。

【００５４】また、請求項２記載の本発明によれば、イ
ンバータを制御するパルス幅変調制御信号の出力周波数
に基づいて短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決
定し、この短絡開始時刻から短絡期間の間、リアクタを
介して交流電源を短絡して力率を改善しているので、従
来のような検出手段などによる検出遅延もなく、電源力
率が最良の点で高速かつ安定に動作することができる。

【００５５】請求項３記載の本発明によれば、インバー
タを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比およ
び出力周波数に基づいて短絡手段の短絡開始時刻および
短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期間の
間、リアクタを介して交流電源を短絡して力率を改善し
ているので、従来のような検出手段などによる検出遅延
もなく、電源力率が最良の点で高速かつ安定に動作する
ことができる。

【００５６】請求項４記載の本発明によれば、インバー
タを制御するパルス幅変調制御信号のデューティ比およ
び電動機の実回転数に基づいて短絡手段の短絡開始時刻
および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期
間の間、リアクタを介して交流電源を短絡して力率を改
善しているため、従来のような検出手段などによる検出
遅延もなく、電源力率が最良の点で高速かつ安定に動作
することができる。

【００５７】請求項５記載の本発明によれば、電動機の
目標回転数および実回転数に基づいて短絡手段の短絡開
始時刻および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から
短絡期間の間、リアクタを交流電源を短絡して力率を改
善しているので、従来のような検出手段などによる検出
遅延もなく、電源力率が最良の点で高速かつ安定に動作
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる電源装置の構
成を示す回路図である。

【図２】図１に示す電源装置の各部の信号の波形を示す
図である。

【図３】図１に示す電源装置の動作原理をわかりやすく
説明するための図１の要部の機能図である。

【図４】図１に示す電源装置においてデューティ比によ
り計算された短絡信号の短絡開始時間および短絡期間を
示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施形態に係わる電源装置の構
成を示す回路図である。

【図６】本発明の第３の実施形態の動作原理をわかりや
すく説明するための基本的構成のみを示す図である。

【図７】本発明の第４の実施形態の動作原理をわかりや
すく説明するための基本的構成のみを示す図である。

【図８】本発明の第５の実施形態に係わる電源装置の構
成を示す回路図である。

【図９】図８に示す電源装置の動作原理をわかりやすく
説明するための図の要部の機能図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態の動作原理をわかり
やすく説明するための基本的構成のみを示す図である。

【符号の説明】

１交流電源２リアクタ３第１のダイオードブリッジ４，５，６コンデンサ７インバータ回路８電動機９第２のダイオードブリッジ１０短絡素子１１コントローラ１２ゼロクロス検出手段１３力率改善制御手段１４インバータ制御手段１６回転数検出手段

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】ＰＷＭ信号のデューティ比と出力周波数
は、インバータ回路７の瞬時出力電力と強い相関がある
ので、電源装置の運転状態に対応した短絡信号を常に生
成し、電源力率を最良の動作点で制御することが可能で
ある。また、従来のように、検出手段を必要としないた
め、検出手段の遅延の影響を受けることもなく、力率改
善制御が遅延することもなく、高速に動作することがで
き、応答性および制御性を向上することができる。な
お、第１ないし第３の実施形態に基づいてデューティ比
と出力周波数のいずれかの変数により短絡信号を決定
し、使用しなかった方の変数を用いて補正を行うように
することも考えられる。例えば、負荷にＤＣモータを接
続した場合には、ＤＣモータの回転数に応じて起電圧が
発生する。負荷トルクが軽い時には、回転数が早くなっ
て起電圧が高くなるので、消費電力は低くなるがデュー
ティ比は大きくなる。この時は、デューティ比のみで決
定した短絡期間よりも短い短絡期間とする。また、負荷
が重いときには、回転数が遅くなって起電圧が低くなる
ので、消費電力は高くなるがデューティ比が小さくな
る。この時は、デューティ比のみで決定した短絡期間よ
りも長い短絡期間とする。従って、例えば、次式のよう
に、

【数１】短絡期間＝Ｃ×（デューティ比−Ｄ）−Ｅ×
（実回転数−回転数Ｎ）Ｃ，Ｄ，Ｅはシステムによって決定される定数である。回転数Ｎ；本来、その時のデューティ比における回転数（モータのＶ／Ｆカーブに基づき設定する。）回転数による補正を行うことで、消費電力に合った短絡
パルスを決定することが可能である。この一例を図４中
の破線にて示す。この例では、一次関数として補正を行
っているが、モータの特性に合わせて、他の関数を用い
たり、データテーブルを基に補正を行う方式も考えられ
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータ、該コンバータからの直流電力をパル
ス幅変調制御して交流電力に変換するインバータ、前記
交流電源に直列に接続されたリアクタ、および前記リア
クタを介して交流電源を短絡する短絡手段を有する電源
装置であって、前記インバータを制御するパルス幅変調制御信号のデュ
ーティ比に基づいて前記短絡手段の短絡開始時刻および
短絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期間の
間、前記短絡手段を駆動するように制御して力率を改善
する力率制御手段を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】交流電源からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータ、該コンバータからの直流電力をパル
ス幅変調制御して交流電力に変換するインバータ、前記
交流電源に直列に接続されたリアクタ、および前記リア
クタを介して交流電源を短絡する短絡手段を有する電源
装置であって、前記インバータを制御するパルス幅変調制御信号の出力
周波数に基づいて前記短絡手段の短絡開始時刻および短
絡期間を決定し、この短絡開始時刻から短絡期間の間、
前記短絡手段を駆動するように制御して力率を改善する
力率制御手段を有することを特徴とする電源装置。
【請求項３】交流電源からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータ、該コンバータからの直流電力をパル
ス幅変調制御して交流電力に変換するインバータ、前記
交流電源に直列に接続されたリアクタ、および前記リア
クタを介して交流電源を短絡する短絡手段を有する電源
装置であって、前記インバータを制御するパルス幅変調制御信号のデュ
ーティ比および出力周波数に基づいて前記短絡手段の短
絡開始時刻および短絡期間を決定し、この短絡開始時刻
から短絡期間の間、前記短絡手段を駆動するように制御
して力率を改善する力率制御手段を有することを特徴と
する電源装置。
【請求項４】交流電源からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータ、該コンバータからの直流電力をパル
ス幅変調制御して交流電力に変換するインバータ、該イ
ンバータに接続され、該インバータによって駆動される
電動機、前記交流電源に直列に接続されたリアクタ、お
よび前記リアクタを介して交流電源を短絡する短絡手段
を有する電源装置であって、前記インバータを制御するパルス幅変調制御信号のデュ
ーティ比および前記電動機の実回転数に基づいて前記短
絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定し、この短
絡開始時刻から短絡期間の間、前記短絡手段を駆動する
ように制御して力率を改善する力率制御手段を有するこ
とを特徴とする電源装置。
【請求項５】交流電源からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータ、該コンバータからの直流電力をパル
ス幅変調制御して交流電力に変換するインバータ、該イ
ンバータに接続され、該インバータによって駆動される
電動機、前記交流電源に直列に接続されたリアクタ、お
よび前記リアクタを介して交流電源を短絡する短絡手段
を有する電源装置であって、前記電動機の目標回転数および実回転数に基づいて前記
短絡手段の短絡開始時刻および短絡期間を決定し、この
短絡開始時刻から短絡期間の間、前記短絡手段を駆動す
るように制御して力率を改善する力率制御手段を有する
ことを特徴とする電源装置。