JPH114594A - 交流電動機用周波数変換器 - Google Patents

交流電動機用周波数変換器

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JPH114594A
JPH114594A JP9078509A JP7850997A JPH114594A JP H114594 A JPH114594 A JP H114594A JP 9078509 A JP9078509 A JP 9078509A JP 7850997 A JP7850997 A JP 7850997A JP H114594 A JPH114594 A JP H114594A
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バン、タン、ギアン、フュオ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流を低速で復元させることにより、周波数
変換器の性能を向上させる。 【解決手段】 直流母線（Ｂ）から給電され制御回路
（ＣＣ）により制御されるスイッチング素子（Ｓａ，Ｓ
ｂ，Ｓｃ）を有するインバータ（Ｏ）を備えると共に、
直流母線（Ｂ）にその直流母線を通流する直流電流を測
定する分流器（Ｓｈ）を備えている、交流電動機用周波
数変換器において、出力電圧ベクトルＶｓの２つの成分
のうちの少なくとも一方が所定値ＴＭＩＮ未満であると
き、２つの成分の各々が所定値ＴＭＩＮと少なくとも等
しいベクトルＶｓ’とベクトルＶｓ”とを、これらベク
トルＶｓ’及びＶｓ”のベクトル平均が出力電圧ベクト
ルＶｓと等しくなるように計算する手段を具備したこと
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流母線から給電
され制御回路により制御されるスイッチング素子を有す
るインバータを備えると共に、直流母線にその直流母線
を通流する直流電流を測定する分流器を備えている、交
流電動機用周波数変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非同期電動機などの多相交流電動機を制
御するために周波数変換器が用いられる。周波数変換器
は固定周波数・固定電圧の交流系統からの電圧を可変周
波数・可変電圧の電圧に変換して交流電動機を可変速制
御する。このタイプの周波数変換器は、整流器、フィル
タ、及びインバータを順次縦続接続して構成されてい
る。インバータは、固定振幅でパルス幅変調された正又
は負のパルスからなる一連のパルス列を交流電動機に供
給するために、制御回路により制御されるスイッチング
素子Ｓを備えている。この技術はパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）方式と呼ばれる。平衡３相システムでは、電圧や電
流等の変数はベクトルで表現することができる。その場
合、１２０°間隔の３つの軸線上の各変数の成分は各相
で可変の値である。出力電圧ベクトルＶｓの終端は、六
角形の頂点（ベクトルＶ１〜Ｖ６）及びその六角形の中
心（ゼロベクトルＶ０及びＶ７）の８個の位置の１つで
あり得る。
【０００３】ベクトル変調技術は、時間間隔Ｔｐ内の２
つの隣接したベクトルとゼロベクトルとの組み合わせで
ある任意の電圧ベクトルＶｓを考察することである。
【０００４】図２を参照するに、出力電圧ベクトルＶｓ
は空間的にベクトルＶ１〜Ｖ６により形成された６つの
セクターのうちのいずれか１つの中にある。図２に示さ
れている例では、ベクトルＶｓは隣接するベクトルＶ１
とＶ２との間のセクター０内に位置している。ベクトル
Ｖｓはそれに隣接するベクトル、すなわち、上述の例で
はベクトルＶ１及びＶ２により制御される。隣接する各
ベクトルの適用期間ｔｉ及びｔｋは、この隣接するベク
トルの軸線上のベクトルＶｓの射影により決定される。
これら期間ｔｉ及びｔｋは、ＰＷＭ周期、母線電圧、及
びベクトルＶｓ及び隣接する最初のベクトルにより作ら
れる位相角θの関数として計算される。期間ｔｉ及びｔ
ｋを知ることにより、周期Ｔｐ（スイッチング周波数の
逆数）がゼロベクトルＶ０及びＶ７の期間と対称的に満
たされる。対称ＰＷＭ方式が採用されると、図３に示さ
れるスイッチング態様図が得られる。
【０００５】非同期電動機では、固定子電流が磁束及び
トルクを発生させる。固定子電流は、磁束を発生させる
磁化電流Ｉｄと、トルクを発生させるトルク電流Ｉｑと
に分解される。
【０００６】相電流Ｉａ，Ｉｂ及びＩｃは分流器を使用
して母線電流Ｉｄｃを測定し、図１に示されるスイッチ
ング素子Ｓａ，Ｓｂ及びＳｃのスイッチング状態を検知
することにより演算することができる。分流器により測
定された電流Ｉｄｃは、相電流Ｉａ，Ｉｂ及びＩｃ、並
びにスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃのスイッチング
状態（０又は１）の関数として、Ｉｄｃ＝Ｓａ・Ｉａ＋
Ｓｂ・Ｉｂ＋Ｓｃ・Ｉｃの形で説明される。従って、イ
ンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング状
態を知ることにより、直流母線を流れる電流Ｉｄｃに基
づく相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを復元することが理論的に
可能である。これを行うために、ＰＷＭ周期毎の２つの
異なる電流を識別すべく少なくとも２つの状態が必要で
ある。
【０００７】３相分の基準電圧Ｖａ，Ｖｂ及びＶｃがゼ
ロに近い場合、ベクトルＶ１やＶ２等の状態の期間が短
くなり、母線電流Ｉｄｃを正確に測定するこは不可能で
ある。重要な状態の期間は、相間転流の遅れ時間、分流
器内の電流上昇及びセットアップ時間、電流検出時間及
び処理時間を含む所定時間ＴＭＩＮを超えていなければ
ならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第４，５２
０，２９８号明細書は、直流母線において測定された電
流に基づく相電流の復元に関するものであるが、低速の
場合に相電流を復元する問題を考慮していない。
【０００９】１９９１年にＩＥＥＥで発行された「A St
ator Flux-Oriented Voltage Source Variable Speed D
rive Based On DC Link Measurement 」という文献は、
最小期間を得るまでに短か過ぎる期間での状態を無効に
して蓄積することを提案している。この解決策では低速
で大きな電圧振動を生じさせかねない。
【００１０】１９９１年にＥＰＥにより発行された「In
direct Phase Current Detection for Field Oriented
Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Dr
ive」という文献は、期間が短か過ぎる時の状態の期間
を期間ＴＭＩＮに置き換えることを提案している。これ
は低速で電圧に大きな誤差を生じさせかねない。
【００１１】本発明の目的は、低速時の電流をも確実に
復元し、これにより一層の性能向上を達成できる、交流
電動機用周波数変換器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、直流母
線から給電され制御回路により制御されるスイッチング
素子を有するインバータを備えると共に、直流母線にそ
の直流母線を通流する直流電流を測定する分流器を備え
ている、交流電動機用周波数変換器において、出力電圧
ベクトルＶｓの２つの成分のうちの少なくとも一方が所
定値ＴＭＩＮ未満であるとき、２つの成分の各々が所定
値ＴＭＩＮと少なくとも等しいベクトルＶｓ’とベクト
ルＶｓ”とを、これらベクトルＶｓ’及びＶｓ”のベク
トル平均が出力電圧ベクトルＶｓと等しくなるように計
算する手段を具備したことを特徴とする、非同期電動機
用周波数変換器が提供される。
【００１３】本発明の別の面によれば、出力電圧ベクト
ルＶｓの２つの成分のうちの一方が所定値ＴＭＩＮ未満
であるとき、所定値ＴＭＩＮを成分に加えることにより
ベクトルＶｓ’を計算する手段を有する。
【００１４】本発明の更に別の側面によれば、出力電圧
ベクトルＶｓの２つの成分が両方とも所定値ＴＭＩＮ未
満であるとき、出力電圧ベクトルＶｓの２つの成分に所
定値ＴＭＩＮを加えることによりベクトルＶｓ’を計算
する手段を有する。
【００１５】本発明の別の側面によれば、ベクトルＶ
ｓ’がＰＷＭ周期の前半期間中に適用され、ベクトルＶ
ｓ”がＰＷＭ周期の後半期間中に適用される。
【００１６】本発明の別の側面によれば、ベクトルＶ
ｓ’及びＶｓ”が２つの連続した対称なＰＷＭ周期の間
に適用される。
【００１７】本発明の別の側面によれば、ベクトルＶｓ
の２つの成分のうち少なくとも一方が所定値ＴＭＩＮ未
満であるとき、所定値ＴＭＩＮを正確に得るために周期
を延長することによりベクトルＶｓ’を計算する手段を
有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図４に示される周波数変換器は、
直流母線Ｂを介して直流エネルギーを出力する整流器Ｒ
を備えている。直流エネルギーはコンデンサＣにより平
滑された後、インバータＯに出力される。インバータＯ
は、パルス幅変調された固定振幅の（正又は負の）一連
のパルス列を非同期交流電動機Ｍに供給するために、制
御回路ＣＣにより制御される６アーム分のスイッチング
素子Ｓを備えている。この技術がパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）方式と呼ばれることは、すでに述べたところであ
る。制御回路ＣＣは信号処理回路ＣＥから３相分の電圧
基準をトランジスタ駆動指令として受け、ＰＷＭ技術に
従った電圧を交流電動機Ｍに与えるように各トランジス
タＳを駆動制御する。信号処理回路ＣＥ内で電圧基準が
発生され、かつ電流が検知され復元される。
【００１９】直流母線Ｂ内の電流Ｉｄｃが分流器Ｓｈに
より測定される。スイッチング素子として設けられてい
る６アーム分のトランジスタＳのスイッチング状態Ｓ
ａ，Ｓｂ及びＳｃが制御回路ＣＣ内で使用され、信号処
理回路ＣＥに伝送される。この信号処理回路ＣＥの機能
ブロック図が図４に示されている。信号処理回路ＣＥ
は、トランジスタＳのスイッチング状態Ｓａ，Ｓｂ及び
Ｓｃを検知し、直流母線電流Ｉｄｃを検知し、それらの
入力信号に基づき相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを復元し、そ
の相電流及び与えられた速度基準に基づいて電圧指令Ｖ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃを生成し、さらにベクトル変調方式を用
いて出力電圧ベクトルＶｓを生成し、期間ＴＭＩＮを後
述のごとく管理された両ベクトル成分Ｖｓ’，Ｖｓ”を
得てトランジスタ駆動指令を制御回路ＣＣに送出する。
【００２０】上述の期間ＴＭＩＮの管理であるが、信号
処理回路ＣＥは出力電圧ベクトルＶｓの両成分Ｖｓ’，
Ｖｓ”の少なくとも一方が所定値ＴＭＩＮ未満であると
き、本発明の方式に従い、トランジスタＳのスイッチン
グ状態すなわちスイッチング順序を計算する。
【００２１】図５に示される例では、ベクトルＶｓの２
つの成分Ｖｓ’，Ｖｓ”の１つがＴＭＩＮ未満である。
ベクトルＶｓ’を形成するために、短い期間の間、この
成分に値ＴＭＩＮが加えられる。このベクトルＶｓ’
は、ベクトルＶｓ’の平均値がベクトルＶｓに等しくな
るようにベクトルＶｓ”に関連付けされる。これらベク
トルＶｓ’及びＶｓ”は２つの隣接するセクター０，１
内に位置する。
【００２２】図７に示す例では、ベクトルＶｓの２つの
成分がともに所定値ＴＭＩＮ未満である。ベクトルＶ
ｓ’を形成するために値ＴＭＩＮがこの２つの成分に加
えられる。ベクトルＶｓ”は平均値Ｖｓを保つように常
に決定される。ベクトルＶｓ’及びＶｓ”は２つの対向
するセクター０，３内に位置する。
【００２３】ＰＷＭ期間の前半の間にベクトルＶｓ’が
適用され、同じＰＷＭ期間の後半の間にベクトルＶｓ”
が適用される。従って、１つのＰＷＭ期間にわたるスイ
ッチング図は対称である。電流の検知はベクトルＶｓ’
の適用の間に行っても良く、その成分は両方ともＴＭＩ
Ｎ以上である。
【００２４】変形例として、単一の対称期間の代わり
に、ベクトルＶｓ’及びＶｓ”が２つの対称なＰＷＭ期
間に適用されるようにすることもできる。これは、電圧
及び電流の振動が僅かに増加しても生成がより容易な従
来の対称ＰＷＭを使用できることを意味する。
【００２５】更なる変形例として、不十分な期間に所定
値ＴＭＩＮを加える代わりに、所定値ＴＭＩＮを正確に
得るために期間を延長することができる。これは計算が
複雑になるが、電圧及び電流の振動を必然的に減らす。
【００２６】図９は、本発明を使用しない場合、回復が
不都合にも既に７Ｈｚ以下になったところを示すもので
ある。本発明を使用すれば、復元が図１０に示されるよ
うに１Ｈｚまで良好に維持される。
【００２７】ベクトルＶｓを２つの連続した対称ＰＷＭ
期間で２つのベクトルＶｓ’及びＶｓ”に分解すること
の効果は図１０における電圧基準及び相電流に見ること
ができる。２つのＰＷＭ期間の代わりに単一のＰＷＭ期
間で補償を行った場合、電流の振動は半分まで減少す
る。
【００２８】本発明の範囲から逸脱せずに代案及び細か
な改良を想像したり、均等な手段を使用できることは明
らかである。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１に
２つの成分の各々が所定値ＴＭＩＮと少なくとも等しい
ベクトルＶｓ’と第２にベクトルＶｓ”とを、これらベ
クトルＶｓ’及びＶｓ”のベクトル平均が出力電圧ベク
トルＶｓと等しくなるように計算する手段を有すること
により、電流を低速で復元させて、これにより周波数変
換器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のインバータの回路構成を示す回路図。
【図２】出力電圧ベクトルＶｓのベクトル図。
【図３】図２に示す１周期区間におけるスイッチング素
子Ｓａ，Ｓｂ及びＳｃのスイッチング態様図。
【図４】本発明による周波数変換器の一実施の形態を示
す回路図。
【図５】本発明による補償を行う電圧ベクトルＶｓのベ
クトル図であって、ベクトル成分の１つがＴＭＩＮ未満
である場合の説明図。
【図６】図５に示される１つの期間にわたるスイッチン
グ素子Ｓａ，Ｓｂ及びＳｃのスイッチング態様図。
【図７】本発明による補償を行う電圧ベクトルＶｓのベ
クトル図であって、ベクトル成分の２つともＴＭＩＮ未
満である場合の説明図。
【図８】図７に示される１周期区間のスイッチング素子
Ｓａ，Ｓｂ及びＳｃのスイッチング態様図。
【図９】本発明を適用しない場合の実際の相電流及び７
Ｈｚの復元相電流を示す波形図。
【図１０】本発明を適用した場合の実際の相電流及び１
Ｈｚの復元した相電流を示す波形図。
【図１１】本発明を適用した場合の中性相基準及びＰＷ
Ｍと同期して測定された相電流を示す波形図。
【符号の説明】
Ｏ インバータ Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ スイッチング素子 ＣＣ 制御回路 Ｂ 直流母線 Ｓｈ 分流器 Ｒ 整流器 Ｃ コンデンサ Ｓ トランジスタ ＣＥ 信号処理回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直流母線（Ｂ）から給電され制御回路（Ｃ
    Ｃ）により制御されるスイッチング素子（Ｓａ，Ｓｂ，
    Ｓｃ）を有するインバータ（Ｏ）を備えると共に、前記
    直流母線（Ｂ）にその直流母線を通流する直流電流を測
    定する分流器（Ｓｈ）を備えている、交流電動機用周波
    数変換器において、出力電圧ベクトルＶｓの２つの成分
    のうちの少なくとも一方が所定値ＴＭＩＮ未満であると
    き、２つの成分の各々が前記所定値ＴＭＩＮと少なくと
    も等しいベクトルＶｓ’とベクトルＶｓ”とを、これら
    ベクトルＶｓ’及びＶｓ”のベクトル平均が前記出力電
    圧ベクトルＶｓと等しくなるように計算する手段を具備
    したことを特徴とする交流電動機用周波数変換器。
  2. 【請求項２】前記出力電圧ベクトルＶｓの２つの成分の
    うちの一方が前記所定値ＴＭＩＮ未満であるとき、前記
    所定値ＴＭＩＮを前記成分に加えることにより前記ベク
    トルＶｓ’を計算する手段を有することを特徴とする請
    求項１記載の周波数変換器。
  3. 【請求項３】前記出力電圧ベクトルＶｓの２つの成分が
    両方とも前記所定値ＴＭＩＮ未満であるとき、前記出力
    電圧ベクトルＶｓの２つの成分に前記所定値ＴＭＩＮを
    加えることによりベクトルＶｓ’を計算する手段を有す
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数変換
    器。
  4. 【請求項４】前記ベクトルＶｓ’がＰＷＭ周期の前半期
    間中に適用され、前記ベクトルＶｓ”が前記ＰＷＭ周期
    の後半期間中に適用されることを特徴とする請求項１な
    いし３のいずれかに記載の周波数変換器。
  5. 【請求項５】前記ベクトルＶｓ’及びＶｓ”が２つの連
    続した対称なＰＷＭ周期の間に適用されることを特徴と
    する請求項１ないし４のいずれかに記載の周波数変換
    器。
  6. 【請求項６】前記ベクトルＶｓの２つの成分のうち少な
    くとも一方が前記所定値ＴＭＩＮ未満であるとき、前記
    所定値ＴＭＩＮを正確に得るために周期を延長すること
    によりベクトルＶｓ’を計算する手段を有することを特
    徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の周波数変
    換器。
JP9078509A 1996-03-28 1997-03-28 交流電動機用周波数変換器 Pending JPH114594A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9604038A FR2746982B1 (fr) 1996-03-28 1996-03-28 Convertisseur de frequence pour moteur alternatif
FR9604038 1996-03-28

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