(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータへの低速リップル電流を抑制する装置において、
単相交流電源を供給する電源部と、
前記単相交流電源を整流及び平滑化し、これを示す直流電圧を出力する整流及び平滑部と、
前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換するインバータと、
前記モータ駆動電流のリップル電流から検出された包絡線と前記リップル電流から抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生し、その比較結果に応じてインバータから出力電圧を制御するコントローラと
を含み、
前記コントローラは、前記モータの駆動周波数と前記単相交流電源の周波数の差が所定値以内であるときに発生する低速リップル電流を抑制するため、インバータからの出力電圧を制御することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記リップル電流の包絡線が直流成分より大きい場合、インバータの出力電圧を低め、前記コントローラは、前記リップル電流の包絡線が直流成分より小さい場合、インバータの出力電圧を高めることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
モータの駆動時に発生する低速リップル電流を抑制する方法において、
単相インバータからモータ駆動電流をモータへ出力する段階と、
現在の区間がモータ駆動電流から低速リップル電流が発生する区間であるかを判断する段階と、
前記低速リップル電流から包絡線を検出する段階と、
現在の区間が低速リップル電流の発生する区間である場合、その低速リップル電流から直流成分を抽出する段階と、
前記検出された包絡線と抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、
前記比較結果に応じてインバータの出力電圧を制御する段階と
を含み、
前記判断する段階は、モータの駆動周波数と単相交流電源の周波数との差が所定値以内にあるとき、現在の区間が低速リップル電流の発生する区間であると判断される場合に行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
前記インバータの出力電圧の制御段階は、リップル電流の包絡線が直流成分より大きい場合には出力電圧を低め、リップル電流の包絡線が直流成分より小さい場合には出力電圧を高めることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
モータへの低速リップル電流を抑制する方法において、
単相交流電源を供給する段階と、
前記断層供給電源を整流及び平滑化し、それを示す直流電圧を出力する段階と、
前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換する段階と、
モータ駆動電流のリップル電流から検出された包絡線とリップル電流から抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、
前記比較結果に応じてインバータからの出力電圧を制御する段階と
を含み、
前記出力電圧の制御段階は、前記モータの駆動周波数と前記単相交流電源の周波数との差が所定値以内であるときに発生する低速リップル電流を抑制することからなることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記出力電圧の制御段階は、前記リップル電流の包絡線が直流成分より大きい場合、出力電圧を低め、前記リップル電流の包絡線が直流成分より小さい場合、出力電圧を高めることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
モータを駆動する単相インバータの低速リップル電流を抑制する方法において、
単相交流電源を供給する段階と、
前記単相交流電源から直流電圧を発生させる段階と、
モータを駆動するために前記直流電圧からモータ駆動電流を発生させる段階と、
前記モータ駆動電流の現在区間が低速リップル電流の発生する区間であるかを判断する段階と、
現在区間が低速リップル電流の発生する区間である場合、低速リップル電流の包絡線を検出する段階と、
前記インバータの出力電流から直流成分を抽出する段階と、
前記抽出された直流成分と前記検出された包絡線とを比較して、インバータの出力電圧を高めるか低めるかを判断する段階と、
前記出力電圧を高めるか低めるかに応じて信号をインバータに出力して低速リップル電流を抑制する段階と
を含み、
前記現在区間は、前記モータの駆動周波数と単相交流電源の周波数との差が所定値以内にあるときに低速リップル電流が発生する区間であると判断されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記現在区間は、前記判断結果に応じる低速リップル電流発生区間でない場合、前記モータ駆動動作が連続して行われることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記出力電圧を高めるか低めるかに応じる信号はパルス幅に応じて出力信号“Ｖｂ”を調整し得るＰＷＭ信号であり、前記出力電圧“Ｖｂ”は各周期でのＰＷＭ信号の変化に応じて変化することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、
前記モータ駆動電流からモータ駆動周波数を検出する段階と、
前記単相交流電源の周波数を検出する段階と、
現在区間が、前記モータ駆動周波数が前記単相交流電源に到達するときに低速リップル電流が発生する区間であるかを判断する段階と
をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方法に関し、より詳しくはリップル電流が発生する区間である場合、インバータの出力電圧を調節して、低速リップル電流による悪影響を防止する単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モータ速度を制御するため、直流を交流に変換させるインバータを用いる。そのインバータは、３相交流電源を整流して得た直流を受ける３相インバータと、単相交流電源を整流して得た直流を受ける単相インバータとに区分される。
３相交流電源を用いる場合に比べ、単相交流電源を用いる場合は、電波整流された直流電源に含まれる低速リップル電圧が大きいため、単相インバータの立場から見ると、入力信号が不安定になる。これにより、単相インバータから出力されるモータ駆動電流に低速リップル電流が発生し、故にモータの制御性能の低下及びモータの過熱によるインバータの寿命短縮をもたらす。
【０００３】
したがって、単相インバータを用いてモータを駆動する制御システムにおいては、低速リップルによる悪影響を効果的に防止することが要求されている。
関連分野では、３相インバータを対象として低速リップル電流を抑制するための多様な方案が提示されているが、このような方案は、３相インバータの入力が比較的安定した条件で有用に適用されるという限界をもっているため、本発明が取り扱う単相インバータに適さない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前述したような従来技術の問題点に鑑みてなされてもので、本発明の目的は、インバータの出力電圧を適切に調節することで、低速リップル電流による悪影響を防止し得るようにする単相インバータの低速リップル電流抑制装置及び方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するため、本発明は、モータへの低速リップル電流を抑制する装置において、単相交流電源を供給する電源部と、前記単相交流電源を整流及び平滑化し、これを示す直流電圧を出力する整流及び平滑部と、前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換するインバータと、前記モータ駆動電流のリップル電流から検出された包絡線と前記リップル電流から抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生し、その比較結果に応じてインバータから出力電圧を制御するコントローラとを含む装置を提供する。
【０００６】
また、本発明は、モータの駆動時に発生する低速リップル電流を抑制する方法において、単相インバータからモータ駆動電流をモータに出力する段階と、現在の区間がモータ駆動電流から低速リップル電流が発生する区間であるかを判断する段階と、前記低速リップル電流から包絡線を検出する段階と、現在の区間が低速リップル電流が発生する区間である場合、その低速リップル電流から直流成分を抽出する段階と、前記検出された包絡線と抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、前記比較結果に応じてインバータの出力電圧を制御する段階とを含む方法を提供する。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、モータへの低速リップル電流を抑制する方法において、単相交流電源を供給する段階と、前記断層供給電源を整流及び平滑化し、それを示す直流電圧を出力する段階と、前記直流電圧を、モータを駆動するためのモータ駆動電流に変換する段階と、モータ駆動電流のリップル電流から検出された包絡線とリップル電流から抽出された直流成分とを比較し、その比較結果を発生する段階と、前記比較結果に応じてインバータからの出力電圧を制御する段階とを含む方法を提供する。
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、モータへの低速リップル電流を抑制する装置において、モータ駆動電流をモータに提供するインバータと、前記モータ駆動電流の低速リップル電流の包絡線を検出し、前記リップル電流から直流成分を抽出し、前記検出された包絡線と前記抽出された直流成分を比較して、インバータからの出力電圧を高めるか又は低めるかを判断し、これを示す制御信号を前記インバータに出力して低速リップル電流を抑制するコントローラとを含む装置を提供する。
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、モータを駆動する単相インバータの低速リップル電流を抑制する方法において、単相交流電源を供給する段階と、前記単相交流電源から直流電圧を発生させる段階と、モータを駆動するために前記直流電圧からモータ駆動電流を発生させる段階と、前記モータ駆動殿嶐の現在区間が低速リップル電流が発生する区間であるかを判断する段階と、現在区間が低速リップル電流が発生される区間である場合、低速リップル電流の包絡線を検出する段階と、前記インバータの出力電流から直流成分を抽出する段階と、前記抽出された直流成分と前記検出された包絡線とを比較して、インバータの出力電圧を高めるか低めるかを判断する段階と、前記出力電圧を高めるか低めるかに応じて信号をインバータに出力して低速リップル電流を抑制する段階とを含む方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による単相インバータの低速リップル電流抑制装置の構成図である。
同図に示すように、本発明は、単相交流電源を供給する電源部１０と、単相交流電源を整流及び平滑化する整流部２０及び平滑部３０と、整流及び平滑化された直流電圧を受けモータ５０を駆動するためのモータ駆動電流及び電圧を出力するインバータ４０と、前記インバータ４０を制御するコントローラ６０とを含む。
【００１１】
前記平滑部３０は整流部２０からの整流された直流電圧により充電される平滑用キャパシタ“Ｃａ”により具現され、この平滑用キャパシタ“Ｃａ”に充電された直流電圧がインバータ４０に提供される。インバータに提供される直流電圧は不安定である。特に、モータ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づくと、例えば、単相交流電源１０の電源周波数が６０Ｈｚであり、モータ駆動周波数が５８Ｈｚ以上に高くなる場合には、インバータ４０の出力電流に低速リップル電流が発生するときに発生する現象、つまり電流唸り現象（current beat phenomenon）が著しくなる。この低速リップル電流によりモータ駆動が不安定になるなどの問題を引き起こす。
【００１２】
前記インバータ４０は、整流部２０により整流され平滑部３０により平滑化された直流電圧を受け、後述するコントローラ６０の制御信号に相応する出力電圧をモータ５０に供給する。
前記キャパシタ“Ｃａ”の直流電圧は、図２に示すように、整流された電圧の包絡線で表すことができるが、リップル電圧が含まれているので、不安定な電圧“Ｖａ”である。ところが、モータ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づくと、インバータ４０から出力されるモータ駆動電流に電流唸り現象が発生することにより、そのモータ駆動電流に含まれる低速のリップル電流もやはり大きくなる。この電流唸り現象は、平滑部３０から低速リップル電圧が含まれた直流電圧を受けるインバータ４０に対する制御が適切に行われていないため発生する。これにより、インバータ４０からモータ５０に印加されるモータ駆動電圧“Ｖｂ”が、図３に示すように、制御しようとする一定速度を有するトルクを生成し得る目標電圧（Ｖｆ）との間に誤差を有し、究極にはモータ制御性能が不安定になる要因となる。
【００１３】
したがって、前記コントローラ６０は、インバータ４０からモータ５０に提供されるモータ駆動電流の一部を受けてモータ駆動周波数を検出し、そのモータ駆動周波数が設定の単相交流電源の周波数に近づく場合には、低速リップル電流が発生する区間と認識し（例えば、６０Ｈｚの単相交流電源を用いるとき、モータ駆動周波数５５Ｈｚ以上でリップル電流が発生する区間と決める）、これにより、コントローラ６０は、低速リップル電流を抑制するため、インバータ４０の出力電圧を調節するための制御動作を行う。
【００１４】
低速リップル電流を抑制するための制御動作を行う場合、前記コントローラ６０は、インバータ４０から出力されるモータ駆動電流に含まれる低速リップル電流の包絡線を検出し、そのリップル電流から直流成分“ｄｃ”を抽出する。その後、前記コントローラ６０は、検出された包絡線と抽出された直流成分とを比較して、インバータ４０の出力電圧を高めるか又は低めるかを決定した後、それに応じて制御信号をインバータ４０に出力する。例えば、抽出された直流成分より、検出された包絡線が大きいと、インバータ４０からの出力電圧を低めるための制御信号をモータ５０に出力し、反面、抽出された直流成分が検出された包絡線より大きいと、インバータ４０からの出力電圧を高めるための制御信号をモータ５０に出力する。
【００１５】
前記コントローラ６０がインバータ４０に印加する制御信号はパルス幅に応じて出力電圧“Ｖｂ”を調整し得るＰＷＭ信号である。このＰＷＭ信号に応じて変化する出力電圧“Ｖｂ”は、図３のＡ部のように、周期ごとに変化する。
前記コントローラ６０は、抽出された直流成分より、検出された包絡線が大きくて出力電圧“Ｖｂ”が高いと、その出力電圧“Ｖｂ”を低めて、目標電圧値“Ｖｔ”に至るようにするための制御信号をインバータ４０に印加するが、図４Ａに示すように、以前周期（Ｔｎ−１）よりパルス幅が増加したＰＷＭ信号をインバータ４０に出力する。
【００１６】
また、前記コントローラ６０は、抽出された直流成分より、検出された包絡線が大きくなくて出力電圧“Ｖｂ”が低いと、その出力電圧“Ｖｂ”を高めて目標電圧“Ｖｆ”に至るようにするための制御信号をインバータ４０に印加するが、図４Ｂに示すように、以前周期（Ｔｎ−１）よりパルス幅が減少したＰＷＭ信号をインバータ４０に出力する。
【００１７】
このように、前記コントローラ６０の制御により低速リップル電流が抑制されるので、たとえモータ駆動周波数が単相交流電源の周波数に近づいてもモータを安定して制御することができる。
以下、本発明による単相インバータの低速リップル電流抑制方法を図５に基づいて説明する。
【００１８】
前記コントローラ６０は動作条件がモータ駆動に相当するかを判断し（Ｓ１０）、その判断の結果、モータ駆動に相当しないと、そのまま待機する。
段階Ｓ１０の判断の結果、コントローラ６０が動作条件がモータ駆動に相当すると決定した場合、与えられた制御プログラムにしたがってモータを駆動するため、コントローラ６０がインバータ４０を制御するモータ駆動ルーチンを行い（Ｓ２０）、このモータ駆動ルーチンを行う途中、前記コントローラ６０は低速リップル電流が発生する区間であるかを判断するが、インバータ４０からモータ５０に提供されるモータ駆動電流の一部を受けてモータ駆動周波数を検出し、そのモータ駆動周波数が設定の単相交流電源の周波数に近づくと、例えば６０Ｈｚの単相交流電源を用いる場合、モータ駆動周波数が５５Ｈｚ以上であると、低速リップル電流が発生する区間と判断する（Ｓ３０）。
【００１９】
段階Ｓ３０の判断の結果、低速リップル電流が発生する区間でない場合には、モータ駆動を行いつづけるために段階Ｓ２０に戻り、段階Ｓ３０の判断の結果、低速リップル電流が発生する区間である場合には、インバータ４０の出力電流に含まれた低速リップル電流の包絡線を検出する（Ｓ４０）。
次いで、前記コントローラ６０はその出力電流の直流成分を抽出し（Ｓ５０）、抽出された直流成分と検出された包絡線とを比較し、図３に示すように、インバータの出力電圧“Ｖｂ”を高めるか又は低めるかを決定した後、それに相応するＰＷＭ信号をインバータ４０に出力して目標電圧“Ｖｆ”に到達し（Ｓ６０）、次いで復帰して前記制御過程を繰り返し行う。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、インバータに入力される直流電圧が安定しなくて、モータ駆動用のモータ駆動電流に低速リップル電流が発生するおそれがあっても、制御部の制御によりインバータの出力電圧を調節することでリップル電流を抑制することができるので、モータ駆動周波数が単相電源周波数に近づく場合に著しく発生する低速リップル電流による悪影響を防止することができる。したがって、本発明は、単相インバータを適用するモータ制御システムにおいて良好なモータ制御性能と安定したモータ制御動作を発揮することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による単相インバータの低速リップル電流抑制装置の構成図である。
【図２】  図１の装置の平滑部からインバータに出力する信号の波形を示す波形図である。
【図３】  インバータからモータに出力される信号の波形を示す波形図である。
【図４Ａ】  コントローラがインバータの出力電圧を高める場合、インバータを制御するためのＰＷＭ信号を示す波形図である。
【図４Ｂ】  コントローラがインバータの出力電圧を低める場合、インバータを制御するためのＰＷＭ信号を示す波形図である。
【図５】  本発明の一実施形態による単相インバータの低速リップル電流抑制方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０…単相電源
２０…整流部
３０…平滑部
４０…インバータ
５０…モータ
６０…コントローラ
【図１】
0003725102.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003725102.tif 000004
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0003725102.tif 000006
【図５】
0003725102.tif 000007