(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅変調回路を用いたパルス幅変調により所定周波数（ｆ）の三相交流電流を出力するインバータにおいて、
上記所定周波数の正弦波信号の目標値とインバータの出力線から検出された電流フィードバック値との差を誤差として求める第１の演算器と、
該第１の演算器の出力を増幅する誤差増幅器と、
上記所定周波数（ｆ）の３倍の周波数（３ｆ）の３次高調波信号を得る３次高調波出力手段と、
上記誤差増幅器の出力と上記３次高調波出力手段からの３次高調波信号とを同期して加算する第２の演算器とを備え、
該第２の演算器の出力を制御出力として上記パルス幅変調回路へ入力することを特徴とする三相電圧型電流制御インバータ。
【請求項２】
上記３次高調波信号の電圧値は、上記誤差増幅器の出力である上記所定周波数（ｆ）の電圧値の１／６であることを特徴とする請求項１に記載の三相電圧型電流制御インバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直流電圧を三相交流電力に変換するインバータに関し、特に、三相交流出力電流が正弦波に制御される電流制御インバータに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
三相電圧型電流制御インバータは、三相誘導電動機のベクトル制御や、電力を交流と直流の双方向に自在に送受電できる双方向コンバータなどの用途に需要が広まりつつある。この電流制御インバータは、出力電流が負荷の状態と無関係に目標値と一致するよう制御する必要があり、この場合、電流の目標値は正弦波が一般的であり、電流は正弦波形の目標値に忠実に追従するよう瞬時値制御されなければならない。
【０００３】
三相インバータの基本構成、すなわち最も少ない数の変換素子を用いたインバータの構成は、図１に示すように６アーム・ブリッジ回路である。この回路により各相をそれぞれ正弦波形に、パルス幅変調するとき、三相交流出力電圧の最大値が、入力となる直流電圧の１／√２まで達しないという問題がある。このことは、三相の場合、往路と復路の最大点と最小点の間に６０°の位相差が存在することに起因する（図３）。
【０００４】
そこで本発明は、三相交流出力電圧が低下せず、変換効率の高い三相電圧型電流制御インバータの提供を解決課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の三相電圧型電流制御インバータは、パルス幅変調回路を用いたパルス幅変調により所定周波数（ｆ）の三相交流電流を出力するインバータにおいて、上記所定周波数の正弦波信号の目標値とインバータの出力線から検出された電流フィードバック値との差を誤差として求める第１の演算器と、該第１の演算器の出力を増幅する誤差増幅器と、上記所定周波数（ｆ）の３倍の周波数（３ｆ）の３次高調波信号を得る３次高調波出力手段と、上記誤差増幅器の出力と上記３次高調波出力手段からの３次高調波信号とを同期して加算する第２の演算器とを備え、該第２の演算器の出力を制御出力として上記パルス幅変調回路へ入力することを特徴としている。
【０００６】
ここで、上記３次高調波信号の電圧値は、上記誤差増幅器の出力である所定周波数（ｆ）の電圧値の１／６であることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明実施例の全体のブロック図を示す。インバータ１は少くとも６個のスイッチング素子により６アーム・ブリッジ回路が構成され、各スイッチング素子はパルス幅変調回路４により開閉制御される。その結果、直流電源２の電力が三相交流電源３に変換される。三相交流出力線は３本（またはコモンを含めて４本）あるが１本のみ図示している。また、インバータの制御信号線はスイッチング素子数だけ存在する。
【０００８】
本発明の特徴部分は、パルス幅変調回路４を制御する制御手段５である。この制御手段５は各相ごとに３個存在するがその１個のみを図示している。ただし、３次高調波信号（３ｆ）は各相共通に用いることができる。
【０００９】
図２に、制御手段５の一実施例を示す。第１の演算器６は、所定周波数（ｆ）の正弦波信号、目標値Ｉｓと、インバータ１の出力線から電流検出器７により検出された電流フィードバック値ＩＦ  との差を誤差として演算し、誤差増幅器８に入力する。第２の演算器９は、誤差増幅器８の出力信号と、３次高調波信号（３ｆ）とを加算してパルス幅変調回路４に入力する。３次高調波出力回路１０は、目標値Ｉｓと同期して、すなわち、各相の目標値となる正弦波信号の位相Ｏ点と３次高調波信号（３ｆ）の位相Ｏ点が一致するように、周波数３ｆの正弦波信号を出力する。この３次高調波信号の振幅は誤差増幅器８の出力の１／６である。
【００１０】
図３ないし図５に、図２に例示した制御手段５の各部の信号波形図を示す。図３は三相の目標値ＩＳ１、ＩＳ２、ＩＳ３を重ね合わせて示す。例えば第２相の目標値ＩＳ１が最大値Ｐに達した時刻から６０°の位相遅れののちに第１相の目標値ＩＳ２が最小値Ｑに達している。図４は三相の目標値ＩＳ１、ＩＳ２、ＩＳ３に同期して出力する３次高調波信号（３ｆ）を示してしる。図５は、パルス幅変調回路４に入力される直前の三相の電圧波形のうち一相のみを、３次高調波信号（３ｆ）と重ねて示している。この波形は位相角６０°と１２０°に二つのピークを有していることが特徴である。
【００１１】
図６（Ａ）〜（Ｄ）に第１の演算器６と第２の演算器９の入出力信号を例示する。図（Ａ）は目標値となる所定周波数信号ｆの正弦波信号Ｉｓと、電流検出器７によるフィードバック信号ＩＦ  を重畳して示している。このフィードバック信号ＩＦ  が正弦波であることが確認される。図（Ｂ）は、第１の演算器６の演算出力、すなわち、信号Ｉｓと信号ＩＦ  の差であって、正弦波である。図（Ｃ）は誤差増幅器８の出力信号Ｅｆ、すなわち、上記差（Ｉｓ−ＩＦ  ）が増幅されたものであって、この出力信号も所定周波数ｆの正弦波である。
【００１２】
第２の演算器９は誤差増幅器８の出力信号Ｅｆと３次高周波出力回路１０の出力信号Ｅ３ｆの和を演算するもので、図４、図５において説明した通り、第２の演算器９の出力信号（Ｅｆ＋Ｅ３ｆ）は図（Ｄ）に示すように、半サイクルに二つのピークをもち、ゼロクロス点における電圧勾配が、正弦波よりも急峻な波形である。なお、第１の演算器６の入力信号Ｉｓ，ＩＦ  は電流信号でなく、電流波形と同形の電圧信号である。
【００１３】
図７は本発明の制御手段５の制御系をモデル化して示した演算回路図である。目標値Ｉｓ、インバータに対する制御出力をＩｏ、フィードバック回路のゲインをＨ、誤差増幅器８のゲインをＫ１  、パルス幅変調回路４及びスイッチング素子の駆動回路のゲインをＫ２  、３次高調波をＤとすれば、次式が成立する。
【００１４】
【数１】
0003623626.tif 000002
【００１５】
これを整理すれば
【００１６】
【数２】
0003623626.tif 000003
【００１７】
両辺をＫ１  で除して
【００１８】
【数３】
0003623626.tif 000004
【００１９】
Ｋ１  が十分に大きいときは  Ｋ１  ≫Ｋ２  、Ｋ１  ≫１であるから、
【００２０】
【数４】
0003623626.tif 000005
【００２１】
となり、外乱として導入される第３高調波Ｄの影響が実質的に消去され、制御出力Ｉｏは（Ｋ１  ／Ｈ）が定数であるから、目標値Ｉｓに完全に正比例したものとなる。
【００２２】
本発明の３次高調波出力手段は、種々な公知技術を利用して実施することができる。
図８はデジタル回路技術による実施例の一例を示す。共通のクロック発振回路１１と、そのクロックパルス列のパルス数を計数する計数回路１２を設ける。第１のＲＯＭ（読出し専用メモリ）１３には基本となる正弦波を発生させるテーブルを書き込んでおき、第２のＲＯＭ１４には基本波の第３の高調波となる正弦波を発生させるテーブルを書き込んでおく。第１のＲＯＭの出力データをＤ／Ａ変換することにより目標値Ｉｓとなる正弦波信号が得られ、第２のＲＯＭの出力データをＤ／Ａ変換することにより第３高調波信号が得られる。また、第１のＲＯＭ１３の出力データの値が「零」になったとき計数回路１２の内容をリセットすれば常に両正弦波信号が同期して出力される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、三相交流電力の電流のピーク値が、直流電源電圧より大幅に低下せず、ほぼ比肩する値が得られ、その結果インバータの変換効率が約３０％向上した。
【００２４】
また、ブリッジ型インバータにおいては、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子を一瞬なりとも同時にオンすれば直流電源の短絡事故が起きるので、クロスオーバ時に上下両アームのスイッチング素子を必ずオフにしなければならず、そのためのクロスオーバ歪が不可避であるが、本発明においては、クロスオーバ時の電圧勾配が急峻なため、このクロスオーバ歪が小さくなった。
【００２５】
さらに、本発明の制御手段５は非常に小型、軽量かつ、安価に製作することができ、既設の電流制御インバータに容易に付加して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の一実施例を示す回路ブロック構成図である。
【図２】は、本発明の制御手段５の一実施例を示す回路図である。
【図３】は、本発明の作用説明図である。
【図４】は、本発明の作用説明図である。
【図５】は、本発明の作用説明図である。
【図６】は、本発明の作用説明図である。
【図７】は、本発明の制御手段５の演算回路図である。
【図８】は、本発明の３次高調波出力手段の一実施例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１・・・・インバータ
２・・・・直流電流
３・・・・三相交流
４・・・・パルス幅変調回路
５・・・・制御手段
１０・・・・３次高調波出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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