(57)【要約】【課題】小型・軽量かつ低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を提供する。【解決手段】インバータ母線間に過電圧保護手段が設けられたきわめて小容量のリアクタと、きわめて小容量のコンデンサで構成されたモータ駆動用インバータで、インバータをＰＷＭ制御する際の変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択する変調方式選択手段と、インバータをＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を決定するキャリア周波数演算手段を設けることにより、小型軽量安価な制御装置を提供する。【選択図】  図１
2004289985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータとを含み、前記整流回路はダイオードブリッジと前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される所定の小容量のリアクタで構成され、前記インバータの直流母線間には、前記モータの回生エネルギーを吸収するための所定の小容量のコンデンサと、前記コンデンサに並列に過電圧保護手段を設け、外部から与えられるモータの速度指令値に基づき、前記モータの各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記インバータの直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段と、予め設定された前記インバータの直流電圧基準値と前記ＰＮ電圧検出手段から得られる前記インバータの直流電圧検出値との比較からＰＮ電圧補正係数を導出するＰＮ電圧補正手段と、前記モータ電圧指令作成手段から得られる各相電圧指令値と前記ＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段と、前記インバータをＰＷＭ制御する際の変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択する変調方式選択手段と、前記インバータをＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を決定するキャリア周波数演算手段で構成され、前記モータに印可する電圧が前記モータ電圧指令補正手段で補正された各相電圧指令値となるように前記変調方式選択手段で選択された変調方式、ならびに前記キャリア周波数演算手段で決定されたキャリア周波数にてＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御手段とを備えたモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項２】
外部から与えられるモータの速度指令値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項３】
ＰＮ電圧検出手段で得られるインバータの直流電圧値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項４】
インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内で前記インバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項５】
小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように前記小容量リアクタおよび前記小容量コンデンサの組み合わせを決定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項６】
インバータ制御装置として請求項１〜５のいずれかに記載のモータ駆動用インバータ制御装置を用いることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置および空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汎用インバータなどで用いられている一般的なモータ駆動用インバータ制御装置として、図１５に示すようなモータ駆動用インバータ制御装置がよく知られている。
【０００３】
図１５において、主回路は直流電源装置１１３と、インバータ３とモータ４とから構成されており、直流電源装置１１３については、交流電源１と、整流回路２と、インバータ３の直流電圧源のために電気エネルギーを蓄積する平滑コンデンサ１１２と、交流電源１の力率改善用リアクタ１１１から構成されている。
【０００４】
一方、制御回路では、外部から与えられたモータ４の速度指令Ｗ＊に基づいてモータ４の各相電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、モータ電圧作成手段１４から作成された各相電圧指令値に基づいてインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。
【０００５】
ここで、交流電源１が２２０Ｖ（交流電源周波数５０Ｈｚ）、インバータ３の入力が１．５ｋＷ、平滑コンデンサ１１２が１５００μＦのとき、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨおよび２０ｍＨの場合における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を図１６に示す。図１６はＩＥＣ（国際電気標準会議）規格と併せて示したもので、力率改善用リアクタ１１１が５ｍＨの場合には特に第３高調波成分がＩＥＣ規格のそれを大きく上回っているが、２０ｍＨの場合には４０次までの高調波成分においてＩＥＣ規格をクリアしていることがわかる。
【０００６】
そのため特に高負荷時においてもＩＥＣ規格をクリアするためには力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値をさらに大きくするなどの対策を取る必要があり、インバータ装置の大型化や重量増加、さらにはコストＵＰを招くという不都合があった。
【０００７】
そこで、力率改善用リアクタ１１１のインダクタンス値の増加を抑え、電源高調波成分の低減と高力率化を達成する直流電源装置として、例えば図１７に示すような直流電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１７において、交流電源１の交流電源電圧を、ダイオードＤ１〜Ｄ４をブリッジ接続してなる全波整流回路の交流入力端子に印加し、その出力をリアクトルＬｉｎを介して中間コンデンサＣに充電し、この中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電して、負荷抵抗ＲＬに直流電圧を供給する。この場合、リアクトルＬｉｎの負荷側と中間コンデンサＣを接続する正負の直流電流経路にトランジスタＱ１を接続し、このトランジスタＱ１をベース駆動回路Ｇ１で駆動する構成となっている。
【０００９】
また、ベース駆動回路Ｇ１にパルス電圧を印加するパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２と、ダミー抵抗Ｒｄｍとをさらに備えており、パルス発生回路Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ交流電源電圧のゼロクロス点を検出する回路と、ゼロクロス点の検出から交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧と等しくなるまでダミー抵抗Ｒｄｍにパルス電流を流すパルス電流回路とで構成されている。
【００１０】
ここで、パルス発生回路Ｉ１は交流電源電圧の半サイクルの前半にてパルス電圧を発生させ、パルス発生Ｉ２は交流電源電圧の半サイクルの後半にてパルス電圧を発生させるようになっている。
【００１１】
なお、トランジスタＱ１をオン状態にしてリアクトルＬｉｎに強制的に電流を流す場合、中間コンデンサＣの電荷がトランジスタＱ１を通して放電することのないように逆流防止用ダイオードＤ５が接続され、さらに、中間コンデンサＣの電荷を平滑コンデンサＣＤに放電する経路に、逆流防止用ダイオードＤ６と、平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃが直列に接続されている。
【００１２】
上記の構成によって、交流電源電圧の瞬時値が中間コンデンサＣの両端電圧を超えない位相区間の一部または全部においてトランジスタＱ１をオン状態にすることによって、装置の大型化を抑えたままで、高調波成分の低減と高力率化を達成することができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−２６６６７４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、容量の大きな平滑用コンデンサＣＤとリアクトルＬｉｎ（従来技術では１５００μＦ、６．２ｍＨ時のシミュレーション結果について記載されている）とを依然として有したままであり、さらに中間コンデンサＣとトランジスタＱ１とベース駆動回路Ｇ１とパルス発生回路Ｉ１、Ｉ２とダミー抵抗Ｒｄｍと逆流防止用ダイオードＤ５、Ｄ６と平滑効果を高めるリアクトルＬｄｃとを具備することで、装置の大型化や部品点数の増加に伴なうコストＵＰを招くという課題を有していた。
【００１５】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータとを含み、前記整流回路はダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される所定の小容量のリアクタで構成され、前記インバータの直流母線間には、前記モータの回生エネルギーを吸収するための所定の小容量のコンデンサと前記コンデンサに並列に過電圧保護手段を設け、外部から与えられるモータの速度指令値に基づき、前記モータの各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、前記インバータの直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段と、予め設定された前記インバータの直流電圧基準値と前記ＰＮ電圧検出手段から得られる前記インバータの直流電圧検出値との比較からＰＮ電圧補正係数を導出するＰＮ電圧補正手段と、前記モータ電圧指令作成手段から得られる各相電圧指令値と前記ＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段と、前記インバータをＰＷＭ制御する際の変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択する変調方式選択手段と、前記インバータをＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を決定するキャリア周波数演算手段と、前記モータに印可する電圧が前記モータ電圧指令補正手段で補正された各相電圧指令値となるように前記変調方式選択手段で選択された変調方式ならびに前記キャリア周波数演算手段で決定されたキャリア周波数にてＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御手段とを備えたものである。
【００１７】
上記の構成によって、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることが出来、小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能であり、さらにシステムに応じてインバータをＰＷＭ制御する際の変調方式やキャリア周波数を選択することが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、外部から与えられるモータの速度指令値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うものである。
【００１９】
上記の動作によって、過電圧保護手段の動作電圧においてバラツキがある場合でもモータの運転領域を拡大することが可能である。
【００２０】
また、本発明は、ＰＮ電圧検出手段で得られるインバータの直流電圧値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うものである。
【００２１】
上記の動作によっても、過電圧保護手段の動作電圧においてバラツキがある場合でもモータの運転領域を拡大することが可能である。
【００２２】
また、本発明は、インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内でインバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避するものである。
【００２３】
上記の構成によって、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能となる。
【００２４】
また、本発明は、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するものである。
【００２５】
上記の構成によって、交流電源電流の高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図１に示す。
【００２８】
図１において、主回路は交流電源１と、交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジ２と、２ｍＨ以下の小容量リアクタ１１と、１００μＦ以下の小容量コンデンサ１２と、小容量のコンデンサに並列に接続された過電圧保護手段１３と、直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、インバータ３により変換された交流電力により駆動するモータ４から構成されている。
【００２９】
一方、制御回路では、外部から与えられたモータ４の速度指令Ｗ＊に基づいてモータ４の各相電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段１４と、インバータ３の直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段１５と、予め設定されたインバータ３の直流電圧基準値をＰＮ電圧検出手段１５から得られるインバータ３の直流電圧検出値で除算することによりＰＮ電圧補正係数を導出し、直流電圧検出値がゼロ以下の場合にはＰＮ電圧補正係数に予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値を設定するＰＮ電圧補正手段１６と、モータ電圧指令作成手段１４から得られる各相電圧指令値とＰＮ電圧補正手段１６の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段１７と、変調方式選択手段１９で選択された変調方式、ならびに、キャリア周波数演算手段２０で決められたキャリア周波数によってモータ電圧指令補正手段１７から作成されたモータ電圧指令補正値がモータ４に印加されるようなインバータ３のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段１８から構成されている。
【００３０】
以下では、具体的な方法について説明する。
【００３１】
モータ電圧指令作成手段１４では式（１）で表される演算により各相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を作成する。
【００３２】
【式１】
2004289985.tif 000003
【００３３】
ここで、Ｖｍはモータ電圧値であり、θ１は式（２）で表されるように速度指令Ｗ＊を時間積分することで導出する。
【００３４】
【式２】
2004289985.tif 000004
【００３５】
また、図２は本発明に係るＰＮ電圧補正手段１６の第１の実施例を示した図で、ＰＮ電圧補正手段１６では予め設定されたインバータ３の直流電圧基準値Ｖｐｎ０とＰＮ電圧検出手段１５から得られるインバータ３の直流電圧検出値ｖｐｎを用いて式（３）のようにＰＮ電圧補正係数ｋｐｎを導出する。
【００３６】
【式３】
2004289985.tif 000005
【００３７】
ここで、本発明では小容量コンデンサを用いているため、直流電圧検出値ｖｐｎがゼロとなる場合が生じるので、ゼロ割防止のための微小項δ０を設定しておく必要がある。
【００３８】
なお、式（３）の微小項δ０の代わりに、直流電圧検出値ｖｐｎがゼロ以下の場合においてＰＮ電圧補正係数ｋｐｎに予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値を設定することでゼロ割防止を図ることができる。
【００３９】
即ち、式（４）のようにＰＮ電圧補正係数ｋｐｎを導出しても良い。
【００４０】
【式４】
2004289985.tif 000006
【００４１】
ここで、Ｋｐｎ−ｍａｘは予め設定されたＰＮ電圧補正係数の最大値である。
【００４２】
また、モータ電圧指令補正手段１７では各相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊とＰＮ電圧補正係数ｋｐｎを用いて式（５）のようにモータ電圧指令補正値ｖｕｈ＊、ｖｖｈ＊、ｖｗｈ＊を導出する。
【００４３】
【式５】
2004289985.tif 000007
【００４４】
以上により、小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能となる。
【００４５】
また、インバータ３をＰＷＭ制御する際の変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択することができる変調方式選択手段１９と、インバータ３をＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を選択することが可能であるキャリア周波数演算手段２０によって、騒音・振動・効率などの観点からシステムに応じて最適な変調方式とキャリア周波数の組み合わせを選択することが可能となる。
【００４６】
なお、空気調和機における圧縮機駆動モータなどのようにパルスジェネレータ等の速度センサを使用することができない場合や、サーボドライブなどのように速度センサを具備することができる場合のどちらにおいても本発明は適用可能である。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図３に示す。図３において、主回路は実施の形態１と同様のものとした。
【００４８】
一方、制御回路では、外部から与えられたモータ４の速度指令Ｗ＊に基づいて、変調方式選択手段１９で変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択、また、キャリア周波数演算手段２０でキャリア周波数を導出する構成とした。
【００４９】
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では、小容量コンデンサに蓄えられる電気エネルギーが小さいため、インバータのキャリア周波数にて充放電が繰り返され、インバータ直流電圧にキャリア周波数成分のリップルが現れる。
【００５０】
図４は、変調方式が２相変調、キャリア周波数が５ｋＨｚの時の動作結果であり、インバータ直流電圧のピーク値が４８４Ｖとなっている。
【００５１】
図５は、変調方式が３相変調、キャリア周波数が５ｋＨｚの時の動作結果であり、インバータ直流電圧のピーク値が４７０Ｖとなっている。
【００５２】
図６は、変調方式が２相変調、キャリア周波数が７ｋＨｚの時の動作結果であり、インバータ直流電圧のピーク値が４４９Ｖとなっている。
【００５３】
図７は、変調方式が３相変調、キャリア周波数が７ｋＨｚの時の動作結果であり、インバータ直流電圧のピーク値が４３７Ｖとなっている。
【００５４】
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は１ｍＨ、小容量コンデンサの容量は５μＦ、交流電源は２５０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は１２０Ｈｚ（ここではモータの極数は２極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい）、交流電源における入力電力は３０００Ｗである。
【００５５】
ここで、過電圧保護手段１３について考える。インバータ３や小容量コンデンサ１２の耐電圧が例えば６００Ｖであるような場合、過電圧保護手段１３はおおよそ５５０Ｖで動作すれば良いと考えられる。しかし、過電圧保護手段１３において動作電圧のバラツキなどがある場合５５０Ｖ以下で保護動作がかかる。
【００５６】
例えば、過電圧保護手段１３の動作電圧に±１０％のバラツキがあった場合、標準品において５００Ｖで動作する過電圧保護手段１３を設けることでバラツキＭＡＸ品において５５０Ｖで、バラツキＭＩＮ品において４５０Ｖで保護動作がかかる回路となる。
【００５７】
そうすると、図４および、図５に示した変調方式とキャリア周波数の組み合わせでは、バラツキＭＩＮ品を想定した場合、保護動作がかかり運転不可能となってしまう。
【００５８】
また、図６に示した変調方式とキャリア周波数の組み合わせでは、あまりにも余裕のないシステムとなってしまう。
【００５９】
そこで、変調方式選択手段１９における変調方式の選択方法を図８に示すようにし、さらに、キャリア周波数演算手段２０におけるキャリア周波数の演算方法を図９に示すようすれば、速度指令Ｗ＊が１２０Ｈｚの時には３相変調、キャリア周波数７ｋＨｚでインバータ３がＰＷＭ制御されるので図７に示すようにインバータ直流電圧のピーク値が４３７Ｖとなり、保護動作がかかることなく運転可能となる。
【００６０】
上述したように、モータが高速回転しており出力トルクが大きいような場合において、３相変調に切り替え、キャリア周波数も上げることによって過電圧保護手段を動作させることなくモータの運転領域を拡大することが可能となる。
【００６１】
なお、システムの定格付近などの通常運転領域において２相変調を選択する主な理由としては、インバータのスイッチング損失を少なくし、高効率のシステムを実現できるためであり、キャリア周波数を低く設定するのも同様の理由からである。
【００６２】
また、過電圧保護手段１３のバラツキが小さい場合は、変調方式選択手段１９における変調方式のみを切り替えるか、キャリア周波数演算手段２０におけるキャリア周波数のみ変更するかのどちらか一方を選択すれば良いのは明らかである。
【００６３】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図を図１０に示す。図１０において、主回路は実施の形態１と同様のものとした。
【００６４】
一方、制御回路では、ＰＮ電圧検出手段１５で得られたインバータ３の直流電圧検出値に基づいて、変調方式選択手段１９で変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択、また、キャリア周波数演算手段２０でキャリア周波数を導出する構成とした。
【００６５】
図１１に変調方式選択手段１９における変調方式の選択方法の一例を示す。
【００６６】
ＰＮ電圧検出手段１５で得られたインバータ３の直流電圧検出値が、過電圧保護動作電圧にいくらかのマージン（α）を差し引いた値を超過した場合、３相変調に切り替え、直流電圧検出値が、過電圧保護動作電圧にマージン（α）より大きい値のマージン（β）を差し引いた値以下になった場合、２相変調への切り替えを行う。
【００６７】
また、変調方式の切り替え動作のハンチングが起きないよう、変調方式維持期間として６０ｓｅｃを設定している。
【００６８】
図１２にキャリア周波数演算手段２０におけるキャリア周波数と直流電圧検出値の特性曲線の一例を示す。
【００６９】
本実施の形態では第２の実施の形態で述べたのと同様、過電圧保護手段を動作させることなくモータの運転領域を拡大することが可能となるのはもちろんのこと、実際のインバータの直流電圧値に基づいて制御されるため、動作信頼性がより向上する。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明に係るインバータ運転周波数の設定に関する具体的な方法について以下に説明する。
【００７１】
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では小容量コンデンサを用いているため、図１３のようにインバータ直流電圧は交流電源周波数ｆｓの２倍の周波数で大きく脈動する。
【００７２】
そのため、インバータ運転周波数ｆ１が交流電源周波数ｆｓの偶数倍となる周波数では、インバータ直流電圧が脈動する周波数（交流電源周波数ｆｓの２倍の周波数）と同期し共振現象が生じてしまう。
【００７３】
図１４はインバータ運転周波数ｆ１が交流電源周波数ｆｓの２倍となる場合の動作結果で、インバータ直流電圧が脈動する周波数と同期して共振現象が生じ、モータ電流においては負の直流成分が重畳されていることがわかる。
【００７４】
そのため、モータにはブレーキトルクが発生し、出力トルクの減少やモータ損失が増加するといった悪影響が生じてしまう。
【００７５】
なお、このときの諸元としては、小容量リアクタのインダクタンス値は０．５ｍＨ、小容量コンデンサの容量は１０μＦ、交流電源は２２０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は１００Ｈｚ（ここではモータの極数は２極のため、インバータ運転周波数とモータ速度指令値は等しい）、インバータキャリア周波数は５ｋＨｚである。
【００７６】
そこで、インバータ運転周波数ｆ１の設定において、インバータ運転周波数ｆ１が式（６）となるような場合で定常的に固定されるのを回避する必要がある。
【００７７】
【式６】
2004289985.tif 000008
【００７８】
ここで、ｎは整数、△ｆは予め設定された周波数幅であり、周波数幅△ｆに
関しては基本的には上述の共振現象の影響が少なくなるように設定しておく。
【００７９】
また、インバータ運転周波数ｆ１が式（６）で求められる共振周波数を越える場合には、加速あるいは減速といった過渡状態で一気にインバータ運転周波数ｆ１を変更させ、共振周波数で固定することを回避する。
【００８０】
なお、周波数幅△ｆは必ずしも設定する必要はなく、運転状況（軽負荷時な
ど）によっては設定しなくとも良い（この場合は△ｆ＝０とすれば良い）。
【００８１】
以上により、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能となる。
【００８２】
（実施の形態５）
本発明に係る小容量コンデンサおよび小容量リアクタの仕様決定に関する具体的な方法について以下に説明する。
【００８３】
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置では、交流電源電流の高調波成分を抑制してＩＥＣ規格をクリアするために、小容量コンデンサと小容量リアクタとの共振周波数ｆＬＣ（ＬＣ共振周波数）を交流電源周波数ｆＳの４０倍よりも大きくなるように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定する。
【００８４】
ここで、小容量コンデンサの容量をＣ［Ｆ］、小容量リアクタのインダクタンス値をＬ［Ｈ］とすると、ＬＣ共振周波数ｆＬＣは式（７）のように表される。
【００８５】
【式７】
2004289985.tif 000009
【００８６】
即ち、ｆＬＣ＞４０ｆＳを満たすように小容量コンデンサと小容量リアクタの組み合わせを決定するものである（ＩＥＣ規格では交流電源電流の高調波成分において第４０次高調波まで規定されているため）。
【００８７】
以上により、小容量コンデンサおよび小容量リアクタの組み合わせを決定することで、交流電源電流の高調波成分を抑制して、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータとを含み、整流回路はダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される極めて小容量のリアクタで構成され、インバータの直流母線間には、モータの回生エネルギーを吸収するための極めて小容量のコンデンサと、小容量のコンデンサに並列に過電圧保護手段を設け、外部から与えられるモータの速度指令値に基づき、モータの各相電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段と、インバータの直流電圧値を検出するＰＮ電圧検出手段と、予め設定されたインバータの直流電圧基準値とＰＮ電圧検出手段から得られるインバータの直流電圧検出値との比較からＰＮ電圧補正係数を導出するＰＮ電圧補正手段と、モータ電圧指令作成手段から得られる各相電圧指令値とＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを乗算することにより各相電圧指令値の補正を行なうモータ電圧指令補正手段と、インバータをＰＷＭ制御する際の変調方式について２相変調か３相変調のどちらかを選択する変調方式選択手段と、インバータをＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を決定するキャリア周波数演算手段とモータに印可する電圧がモータ電圧指令補正手段で補正された各相電圧指令値となるように変調方式選択手段で選択された変調方式、ならびに、キャリア周波数演算手段で決定されたキャリア周波数にてＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御手段とを備えるもので、この構成によれば、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで小型・軽量・低コストなモータ駆動用インバータ制御装置を実現でき、インバータ直流電圧が大幅に変動してモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、モータに印加する電圧がほぼ一定となるようにインバータを動作させ、モータの駆動を維持することが可能であり、さらにシステムに応じてインバータをＰＷＭ制御する際の変調方式やキャリア周波数を選択することが可能になるという効果を奏する。
【００８９】
また、外部から与えられるモータの速度指令値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うことによって、過電圧保護手段の動作電圧においてバラツキがある場合でもモータの運転領域を拡大することが可能になるという効果を奏する。
【００９０】
また、ＰＮ電圧検出手段で得られるインバータの直流電圧値に応じて、変調方式選択手段が２相変調と３相変調の切り替えを行う動作と、キャリア周波数演算手段で導出されるキャリア周波数を変更する動作の少なくともどちらか一方の動作を行うことによっても、過電圧保護手段の動作電圧においてバラツキがある場合でもモータの運転領域を拡大することが可能で、さらに動作信頼性が向上するという効果を奏する。
【００９１】
また、本発明は、インバータ運転周波数が交流電源周波数の偶数倍となる共振周波数と、共振周波数を中心としてその前後に予め設定された周波数幅を持たせた周波数範囲内でインバータ運転周波数が定常的に固定されるのを回避するもので、この構成によれば、インバータ周波数と交流電源周波数との共振現象を回避することでモータの不安定動作を防止し、安定した駆動を実現することが可能であるという効果を奏する。
【００９２】
また、本発明は、小容量リアクタと小容量コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように小容量リアクタおよび小容量コンデンサの組み合わせを決定するもので、この構成によれば、交流電源電流の高調波成分を抑制し、ＩＥＣ規格をクリアすることが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるＰＮ電圧補正係数の導出方法を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図４】本発明の第２の実施形態における第１の動作結果を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態における第２の動作結果を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態における第３の動作結果を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態における第４の動作結果を示す図
【図８】本発明の第２の実施形態における変調方式選択手段での変調方式の選択方法を示す図
【図９】本発明の第２の実施形態におけるキャリア周波数演算手段でのキャリア周波数の演算方法を示す図
【図１０】本発明の第３の実施形態を示すモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図１１】本発明の第３の実施形態における変調方式選択手段での変調方式の選択方法を示す図
【図１２】本発明の第３の実施形態におけるキャリア周波数演算手段でのキャリア周波数の演算方法を示す図
【図１３】本発明の第４の実施形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の第１の動作結果を示す図
【図１４】本発明の第４の実施形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の第２の動作結果を示す図
【図１５】一般的なモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図１６】一般的なモータ駆動用インバータ制御装置における交流電源電流の高調波成分と交流電源周波数に対する次数との関係を示した図
【図１７】従来の直流電源装置図
【符号の説明】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ
４  モータ
１１  小容量リアクタ
１２  小容量コンデンサ
１３  過電圧保護手段
１４  モータ電圧指令作成手段
１５  ＰＮ電圧検出手段
１６  ＰＮ電圧補正手段
１７  モータ電圧指令補正手段
１８  ＰＷＭ制御手段
１９  変調方式選択手段
２０  キャリア周波数演算手段
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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