(57)【要約】【課題】電動機駆動システムにおいて電流が大きく揺れるハンチング（Ｈｕｎｔｉｎｇ）現象を防止すること。【解決手段】本発明は、ＰＷＭ電圧発生部を制御するためのＰＷＭ信号を発生させるインバータ制御部を含むインバータの出力電流歪補償装置であって、前記インバータ制御部が、インバータの各相の出力電流極性に応じて補償電圧を発生させる第１デッドタイム補償電圧発生部と、前記インバータの各相の出力電流波形に応じて補償電圧を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部と、を含み、前記第１デッドタイム補償電圧発生部から出力される第１デッドタイム補償電圧と前記第２デッドタイム補償電圧発生部から出力される第２デッドタイム補償電圧とを加算して最終デッドタイム補償電圧を生成する。【選択図】図２
2011239667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ電圧発生部を制御するためのＰＷＭ信号を発生させるインバータ制御部を含むインバータの出力電流歪補償装置であって、
前記インバータ制御部は、
インバータの各相の出力電流極性に応じて補償電圧を発生させる第１デッドタイム補償電圧発生部と、
前記インバータの各相の出力電流波形に応じて補償電圧を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部と、を含み、
前記第１デッドタイム補償電圧発生部から出力される第１デッドタイム補償電圧と前記第２デッドタイム補償電圧発生部から出力される第２デッドタイム補償電圧とを加算して最終デッドタイム補償電圧を生成することを特徴とするインバータの出力電流歪補償装置。
【請求項２】
前記第２デッドタイム補償電圧発生部は、
前記インバータの各相の出力電流に対する一周期積分値を演算する電流累積演算部と、
前記電流累積演算部で演算された一周期積分値に基づいて第２デッドタイム補償電圧を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部と、
を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載のインバータの出力電流歪補償装置。
【請求項３】
前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流に対する前記一周期積分値（正または負の値）に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする、請求項２に記載のインバータの出力電流歪補償装置。
【請求項４】
前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流の波形が正の方向に偏った場合、正の値を持つ前記一周期積分値に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする、請求項３に記載のインバータの出力電流歪補償装置。
【請求項５】
前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流の波形が負の方向に偏った場合、負の値を持つ前記一周期積分値に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする、請求項３に記載のインバータの出力電流歪補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの出力電流歪補償装置に係り、特に、デッドタイム補償電圧の誤差により生じる出力電流の歪現象に応じた追加的な補償電圧を発生することで、インバータの出力電流歪を防止するインバータの出力電流歪補償装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータによるモータの駆動は、産業用の生産設備、ビル空調、エレベーターなどに適用されている。一般の３相インバータは、Ｒ、Ｓ、Ｔの３相電源を受けて、ｕ、ｖ、ｗの３相出力をモータに供給するもので、モータの速度及び電流を制御するために、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなスイッチング素子を各相に２個ずつ備え（電流の極性によって＋相スイッチング素子と−相スイッチング素子とに区別される。）、入力されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号によって該当のスイッチング素子をオンまたはオフして所望の電圧または電流を出力する。
【０００３】
この場合、同一相の＋相スイッチング素子と−相スイッチング素子が同時にオン（ＯＮ）になると、スイッチング素子の定格電流を超過する閾値以上の電流が流れてスイッチング素子の破壊につながることがあるので、スイッチング素子を制御するＰＷＭ制御信号にデッドタイム（Ｄｅａｄ  Ｔｉｍｅ）を挿入してスイッチング素子を保護している。
【０００４】
しかしながら、かかる従来方法によれば、実際にデッドタイム電圧はパワースイッチ素子のオン、オフの特性によって変わり、電流検出器の検出ノイズによってデッドタイム補償電圧には誤差が発生し、この誤差は、電動機への印加電圧に歪を発生させ、結果として電流が大きく揺れるハンチング（Ｈｕｎｔｉｎｇ）現象を招くという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたもので、デッドタイム補償電圧の誤差によってインバータの出力電流が歪むことから電動機に振動が発生する場合、該歪んだインバータの出力電流の形態に応じた追加的なデッドタイム補償電圧を発生させることによって、安定したインバータのＰＷＭ制御信号を出力するインバータの出力電流歪補償装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を具現するための本発明に係るインバータの出力電流歪補償装置は、ＰＷＭ電圧発生部を制御するためのＰＷＭ信号を発生させるインバータ制御部を含むインバータの出力電流歪補償装置であって、前記インバータ制御部は、インバータの各相の出力電流極性に応じて補償電圧を発生させる第１デッドタイム補償電圧発生部と、前記インバータの各相の出力電流波形に応じて補償電圧を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部と、を含み、前記第１デッドタイム補償電圧発生部から出力される第１デッドタイム補償電圧と前記第２デッドタイム補償電圧発生部から出力される第２デッドタイム補償電圧とを加算して最終デッドタイム補償電圧を生成することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記第２デッドタイム補償電圧発生部は、前記インバータの各相の出力電流に対する一周期積分値を演算する電流累積演算部と、前記電流累積演算部で演算された一周期積分値に基づいて第２デッドタイム補償電圧を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部と、を含んでなることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流に対する前記一周期積分値（正または負の値）に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流の波形が正の方向に偏った場合、正の値を持つ前記一周期積分値に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記第２デッドタイム補償電圧（ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２）は、インバータの各相の出力電流の波形が負の方向に偏った場合、負の値を持つ前記一周期積分値に追加補償ゲイン（−Ｋ）を乗じて生成されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記第２デッドタイム補償電圧発生部は、前記各相の出力電流が正弦波である場合、０Ｖの第２デッドタイム補償電圧を発生させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インバータの出力電流歪補償装置を示すブロック構成図である。
【図２】本発明によるインバータの出力電流歪補償装置を示すブロック構成図である。
【図３】本発明による一周期間の電流累積値から第２デッドタイム補償電圧を発生させる方法を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明は例示に過ぎないもので、本発明の実施例を示すものである。また、本発明の原理と概念は、最も有用で且つ容易に理解されるように提供される。
【００１４】
したがって、本発明の基本理解に不要な余分の詳細な構造は提供しないことは勿論、当該技術分野における通常の知識を有する者が本発明の実体において実施可能な様々な形態を、図面に基づいて例示する。
【００１５】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例に対する構成及び作用を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、出力電流歪補償装置を示すブロック構成図である。
【００１７】
図１に示すように、出力電流歪補償装置は、３相電源１から入力電源を受けて３相交流を直流に変換する整流部２、整流された電圧を平滑する直流平滑部３、ＰＷＭ信号発生部１４０のＰＷＭ発生信号から、パワースイッチ素子を用いてＰＷＭ電圧を発生させるＰＷＭ電圧発生部４、ＰＷＭ発生電圧によって回転力を発生させる電動機５、周波数と電圧指令から各相のＰＷＭ出力電圧指令Ｖａ＊、Ｖｂ＊、Ｖｃ＊を生成する相電圧指令部１１０、電動機の電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出する電流検出器６、検出された電流から電流の極性を判別する電流極性判別部１２０、電流極性からデッドタイム補償電圧ｄＶａ、ｄＶｂ、ｄＶｃを発生させるデッドタイム補償電圧発生部１３０で構成される。
【００１８】
すなわち、ＰＷＭ制御信号を発生させるインバータ制御部１００では、デッドタイムの影響を減らすために、インバータの出力電流の極性に応じてデッドタイム補償電圧を加算してＰＷＭ制御信号を出力する。
【００１９】
相電圧指令部１１０は、周波数指令と予め決定されているＶ/Ｆ比によって現在周波数指令に対する各相電圧の指令値Ｖａ＊、Ｖｂ＊、Ｖｃ＊を生成する。
【００２０】
電流極性判別部１２０は、電流検出器６から得られた電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃから各電流の極性を判別し、電流の極性が＋の時は＋１を、−の時は−１を出力する。
【００２１】
デッドタイム補償電圧発生部１３０は、電流極性判別部１２０の出力に基づいてデッドタイム補償電圧ｄＶａ、ｄＶｂ、ｄＶｃを出力する。デッドタイム補償電圧の演算は、電流の極性が＋の時は、デッドタイムの間に該当する電圧＋ｄＶを出力し、電流の極性が−の時は、デッドタイムの間に該当する電圧−ｄＶを出力する。
【００２２】
以下では、本発明の一実施例によるインバータの出力電流歪補償装置についてより詳細に説明する。図２は、本発明によるインバータの出力電流歪補償装置を示すブロック構成図である。
【００２３】
図２に示すように、本発明のインバータの出力電流歪補償装置は、３相電源１から入力電源を受けて３相交流を直流に変換する整流部２、整流された電圧を平滑する直流平滑部３、ＰＷＭ信号発生部１４０のＰＷＭ発生信号から、パワースイッチ素子を用いてＰＷＭ電圧を発生させるＰＷＭ電圧発生部４、ＰＷＭ発生電圧によって回転力を発生させる電動機５、及びＰＷＭ信号を発生するインバータ制御部１００を含む。
【００２４】
インバータ制御部１００は、周波数と電圧指令から各相の電圧指令Ｖａ＊、Ｖｂ＊、Ｖｃ＊を生成する相電圧指令部１１０、電動機の電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを検出する電流検出器６で検出された電流から電流の極性を判別する電流極性判別部１２０、判別された電流極性から１次デッドタイム補償電圧ｄＶａ１、ｄＶｂ１、ｄＶｃ１を発生させる第１デッドタイム補償電圧発生部１３０、及び追加デッドタイム補償電圧発生部１５０を含む。
【００２５】
図２を参照すると、インバータでは、３相電源から印加された３相交流入力電源が整流部２を通って直流平滑部３に供給され、ＰＷＭ電圧発生部４は、インバータ制御部１００のＰＷＭ信号発生部１４０から出力されるＰＷＭ制御信号に応じて、パワースイッチ素子（ＩＧＢＴ等）を用いてＰＷＭ電圧を発生させて電動機５に供給する。
【００２６】
また、インバータ制御部の第１デッドタイム補償電圧発生部１３０は、電流検出器６の出力である検出電流から電流の極性を判別する電流極性判別部１２０から電流の極性を入力されて、１次デッドタイム補償電圧ｄＶａ１、ｄＶｂ１、ｄＶｃ１を発生させる。ここで、電流極性判別部１２０は、電流検出器６から得た電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃから各電流の極性を判別し、電流の極性が＋の時は＋１を、−の時は−１を出力する。
【００２７】
すなわち、第１デッドタイム補償電圧発生部１３０は、電流極性判別部１２０の出力から、１次デッドタイム補償電圧ｄＶａ１、ｄＶｂ１、ｄＶｃ１を出力する。このデッドタイム補償電圧の演算は、電流の極性が＋の時は、デッドタイムの間に該当する電圧＋ｄＶを出力し、電流の極性が−の時は、デッドタイムの間に該当する電圧−ｄＶを出力する。
【００２８】
ここで、第１次デッドタイム補償電圧発生部１３０から出力される１次デッドタイム補償電圧は、パワースイッチ素子（ＩＧＢＴ等）のオン、オフ特性によって変わり、また、電流検出器の検出ノイズによって誤差を有することになる。
【００２９】
したがって、本発明のインバータの出力電流歪補償装置は、電流検出器６から検出される歪んだ電流の形態に応じて追加的なデッドタイム補償電圧を発生させることで、電動機に流れる電流が＋または−に偏らずに正弦波を維持可能にする追加デッドタイム補償電圧発生部１５０を含む。
【００３０】
追加デッドタイム補償電圧発生部１５０は、各相の電流を一周期の間累積する電流累積演算部１５１、及び電流累積値から追加デッドタイム補償電圧ｄＶａ２、ｄＶｂ２、ｄＶｃ２を発生させる第２デッドタイム補償電圧発生部１５２から構成される。
【００３１】
第２デッドタイム補償電圧発生部１５２は、各相の電流を一周期の間累積する電流累積演算部１５１からの１周期の電流累積値にゲインを乗じて、第２デッドタイム補償電圧ｄＶａ２、ｄＶｂ２、ｄＶｃ２を発生させる。
【００３２】
図３は、本発明による一周期間の電流累積値から第２デッドタイム補償電圧を発生させる方法を示す波形図である。
【００３３】
図３の（ａ）は出力電流Ｉａの波形を示し、図３の（ｂ）は電流累積演算値を示し、図３の（ｃ）は追加デッドタイム補償値を示す。
【００３４】
まず、検出された出力電流Ｉａ（Ｇ１）の波形のように、電流が正弦波である場合（正や負に偏らずにバランスしている場合）は、電流の一周期積分値（電流累積演算値）が、Ｇ２波形のように０になるので、Ｇ３波形を参照すると、追加デッドタイム補償値（第２デッドタイム補償電圧ｄＶａ２）は０になる。
【００３５】
一方、検出された出力電流Ｉａ（Ｇ４）波形のように、電流が正の方向に偏って歪んでいる場合、電流の一周期積分値（電流累積演算値）Ｇ５は正の値になり、よって、正の方向のオフセットを減らすために、次の周期では出力電圧に負の値の補正電圧を与えなければならず、該補正電圧の大きさは一周期電流積分値に比例するものとする。すなわち、追加デッドタイム補償値Ｇ６（第２デッドタイム補償電圧ｄＶａ２）は、−Ｋ＊Ｉａ＿ｉｎｔｅｇｒａｌとなる。ここで、Ｋは、補償ゲインを表し、Ｉａ＿ｉｎｔｅｇｒａｌは、Ｉａ相の一周期電流の積分値を表す。
【００３６】
一方、検出された出力電流Ｉａ（Ｇ７）波形のように、電流が負の方向に偏って歪んでいる場合、電流の一周期積分値（電流累積演算値）Ｇ８は負の値になり、よって、負の方向のオフセットを減らすために、次の周期では出力電圧に正の値の補正電圧を与えなければならず、該補正電圧の大きさは、一周期電流積分値に比例するものとする。すなわち、追加デッドタイム補償値Ｇ９（第２デッドタイム補償電圧ｄＶａ２）は、−Ｋ＊Ｉａ＿ｉｎｔｅｇｒａｌになる。
【００３７】
ここでは、１相の検出された電流Ｉａについて説明したが、各相の検出された電流Ｉｂ，Ｉｃに対する第２デッドタイム補償電圧ｄＶｂ２，ｄＶｃ２にも同様の適用が可能である。
【００３８】
再び図２を参照すると、この各相の第１デッドタイム補償電圧発生部１３０から出力される第１デッドタイム補償電圧ｄＶａ１，ｄＶｂ１，ｄＶｃ１と、第２デッドタイム補償電圧発生部１５２から出力される第２デッドタイム補償電圧ｄＶａ２，ｄＶｂ２，ｄＶｃ２とを加算することで、最終デッドタイム補償電圧ｄＶａ，ｄＶｂ，ｄＶｃが生成される。
【００３９】
したがって、ＰＷＭ信号発生部１４０は、最終デッドタイム補償電圧ｄＶａ，ｄＶｂ，ｄＶｃと、相電圧指令部１１０で生成された各相の電圧指令Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊とを加算して生成された最終の各相の出力電圧指令Ｖａ＊＊，Ｖｂ＊＊，Ｖｃ＊＊からＰＷＭ信号を発生させる。
【００４０】
したがって、インバータによる電動機の駆動時に、パワースイッチ素子のオン、オフ特性及び電流検出器の検出ノイズによって発生するデッドタイム補償誤差を減らし、電動機への印加電圧のアンバランスを減らし、結果として電流が大きく揺れるハンチング（Ｈｕｎｔｉｎｇ）現象を防止することができる。
【００４１】
以上では代表的な実施例に挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には、上記の実施例から、本発明の範ちゅうを逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることが理解できるであろう。
【００４２】
したがって、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定して定められてはならず、後述する特許請求の範囲及びその均等範囲によって定められるべきである。
【符号の説明】
【００４３】
２        整流部
３        直流平滑部
４        ＰＷＭ電圧発生部
５        電動機
６        電流検出器
１００    制御部
１１０    相電圧指令部
１２０    電流極性判別部
１３０    第１デッドタイム補償電圧発生部
１４０    ＰＷＭ信号発生部
１５０    追加デッドタイム補償電圧発生部
１５１    電流累積演算部
１５２    第２デッドタイム補償電圧発生部
【図１】
2011239667.tif 000003
【図２】
2011239667.tif 000004
【図３】
2011239667.tif 000005