(57)【要約】【課題】  モータ電流の変動量を低減することで、小型・軽量・低コストのインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を提供する。【解決手段】  小容量リアクタ５、小容量コンデンサ６を用い、インバータ直流電圧が大幅に変動してインダクションモータ４の駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段１０によりインダクションモータ４に印加する電圧をほぼ一定にすることでインダクションモータ４の駆動を維持する。さらに第２モータ電圧指令補正手段１３によりＰＮ電圧検出手段９から得られるインバータ３の直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータ４への印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させ、損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のさらなる小型・軽量・低コスト化を図る。【選択図】  図１ 
2005124298.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インダクションモータとを含み、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極めて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、前記インダクション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を設け、外部から与えられる前記インダクションモータの速度指令値に基づき、前記インダクションモータのモータ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率を導出する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前記モータ電圧指令値と前記ＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを掛け合わせることにより前記モータ電圧指令値の電圧補正を行ない、前記インダクションモータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段と、前記直流電圧検出値に基づいて前記モータ電圧指令補正値の位相角を補正し、前記インダクションモータへの印加電圧指令値を作成する第２モータ電圧指令補正手段とを備えたインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項２】
第２モータ電圧指令補正手段は、予め設定された直流電圧検出値の基準値を有し、前記直流電圧検出値が前記直流電圧検出値の基準値よりも小さい場合のみ前記モータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成することを特徴とする、請求項１に記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項３】
第２モータ電圧指令補正手段における直流電圧検出値の基準値は、直流電圧基準値とすることを特徴とする、請求項２に記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項４】
第２モータ電圧指令補正手段は、ＰＮ電圧検出値の平均値を導出し、直流電圧検出値が前記直流電圧検出値の平均値よりも小さい場合のみ前記モータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成することを特徴とする、請求項１に記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項５】
第２モータ電圧指令補正手段は、前記モータ電圧指令補正値の位相角の補正値が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項６】
ＰＮ電圧補正手段は、直流電圧基準値を直流電圧検出値で除算することにより前記ＰＮ電圧補正係数を導出し、前記直流電圧検出がゼロ以下の場合には前記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ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項７】
ＰＮ電圧補正手段は、ＰＮ電圧補正係数が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項８】
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、前記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１〜７のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項９】
小容量リアクタと前記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１〜８のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項１０】
インバータが停止した際に上昇する直流電圧値の最大値が素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項１１】
予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を決定することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項１２】
交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、このコンバータ装置で変換された直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して圧縮機駆動モータに供給するインバータ装置とを備えた空気調和機において、前記インバータ装置として請求項１〜１１のいずれかに記載のインダクション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】
【技術分野】
【０００１】
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インダクションモータ駆動用インバータ制御装置ならびにこれを用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汎用インバータなどで用いられている一般的なインダクションモータ駆動用インバータ制御装置として、図１４に示すようなＶ／Ｆ制御方式のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置がよく知られている（例えば、非特許文献１の６６１〜７１１頁参照）。
【０００３】
図１４において、主回路は直流電源装置１４３と、インバータ３とインダクションモータ４とから構成されており、直流電源装置１４３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１４２と、交流電源１の力率改善用リアクタ１４１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インダクションモータ４の速度指令ω*に基づいてインダクションモータ４に印加するモータ電圧値を決定するＶ／Ｆ制御パターン７と、Ｖ／Ｆ制御パターン７から決定されるモータ電圧値に基づいてインダクションモータ４のモータ電圧指令値を作成するモータ電圧指令作成手段８と、モータ電圧作成手段８から作成されたモータ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１２から構成されている。
【０００５】
なお、一般的なＶ／Ｆ制御パターン７の一例を図１５に示す（例えば、非特許文献１の６６１〜７１１頁参照）。
【０００６】
図１４に示すように速度指令ω*に対してインダクションモータ４に印加するモータ電圧値が一義的に決定するような構成となっている。一般的には、速度指令ω*とモータ電圧値の値をテーブル値としてマイコン等の演算装置のメモリに記憶させ、テーブル値以外の速度指令ω*に対してはテーブル値から線形補間することでモータ電圧値を導出している。
【０００７】
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１４２が１５００μＦのとき、力率改善用リアクタ１４１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１４１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。
【０００８】
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１４１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。
【０００９】
そこで、力率改善用リアクタ１４１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、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）。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【特許文献１】特開平９−２６６６７４号公報
【非特許文献１】インバータドライブハンドブック編集委員会編「インバータドライブハンドブック」日刊工業新聞社出版、１９９５年初版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
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（特許文献１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。
【００１６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、モータ電流の変動量を低減することで、さらなる小型・軽量・低コスト化を図ったインダクション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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置は、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インダクションモータとを含み、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、インダクション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を設け、外部から与えられるインダクションモータの速度指令値に基づき、インダクションモータのモータ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率を導出する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モータ電圧指令値とＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを掛け合わせることによりモータ電圧指令値の電圧補正を行ない、インダクションモータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段と、直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成する第２モータ電圧指令補正手段とを備えるものである。
【００１８】
これによって、小容量コンデンサおよび小容量リアクタを用いることで小型・軽量・低コストなインダクション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インダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、インダクション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、インダクションモータの駆動を維持することが可能となり、さらに第２モータ電圧指令補正手段により直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータへの印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させ、損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のさらなる小型・軽量・低コスト化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置は、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・低コストなインダクション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インダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりインダクションモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでインダクションモータの駆動を維持することが可能となり、さらに第２モータ電圧指令補正手段により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に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータへの印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させ、損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のさらなる小型・軽量・低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の発明は、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インダクションモータとを含み、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、インダクション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を設け、外部から与えられるインダクションモータの速度指令値に基づき、インダクションモータのモータ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率を導出する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モータ電圧指令値とＰＮ電圧補正手段の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを掛け合わせることによりモータ電圧指令値の電圧補正を行ない、インダクションモータのモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段と、直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成する第２モータ電圧指令補正手段とを備えることにより、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・低コストなインダクション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インダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、インダクション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、インダクションモータの駆動を維持することが可能となり、さらに第２モータ電圧指令補正手段により直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータへの印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させ、損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のさらなる小型・軽量・低コスト化を図ることができる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明の第２モータ電圧指令補正手段が、予め設定された直流電圧検出値の基準値を有し、直流電圧検出値が直流電圧検出値の基準値よりも小さい場合のみモータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成することにより、より効果的にモータ電流の変動量を低減させ、さらにマイコン等の演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を図ることができる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第２の発明の第２モータ電圧指令補正手段における直流電圧検出値の基準値を、直流電圧基準値とすることにより、さらにマイコン等の演算手段におけるメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を図ることができる。
【００２３】
第４の発明は、特に、第１の発明の第２モータ電圧指令補正手段が、直流電圧検出値の平均値を導出し、直流電圧検出値が直流電圧検出値の平均値よりも小さい場合のみモータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成することにより、あらゆる運転状況に応じてさらに効果的にモータ電流の変動量を低減させることができる。
【００２４】
第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の第２モータ電圧指令補正手段が、モータ電圧指令補正値の位相角の補正値が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有することにより、インバータ直流電圧が大幅に変動する場合において、モータ電圧指令補正値の位相角の補正値が大幅に変動してインダクション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できる。
【００２５】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のＰＮ電圧補正手段が、直流電圧基準値を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ものであり、インバータ直流電圧が大幅に変動しゼロ以下となるような場合にもインダクションモータの駆動を維持することができる。
【００２６】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明のＰＮ電圧補正手段が、ＰＮ電圧補正係数が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有するものであり、インバータ直流電圧が大幅に変動するような場合でもインダクションモータの駆動を維持することが可能であり、さらに予め設定された上限値もしくは下限値を有することで交流電源電流の変動を抑制し、交流電源力率の改善と交流電源電流の高調波成分を抑制することができる。
【００２７】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置において、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インダクションモータの不安定
動作を防止し、安定した駆動を実現することができる。
【００２８】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置において、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り、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できる。
【００２９】
第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置において、インバータが停止した際に上昇する直流電圧値の最大値が素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定するものであり、インバータ直流電圧の最大値を各駆動素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定することで周辺回路の破壊を防止することができる。
【００３０】
第１１の発明は、特に、第１〜１０のいずれか１つの発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置において、予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を決定するものであり、予め設定された交流電源力率値を満足することが可能となり、必要最小限のキャリア周波数を設定することにより、インバータ損失を必要最小限に抑制することができる。
【００３１】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態を示すインダクション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。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、小容量リアクタ５と、小容量コンデンサ６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インダクションモータ４から構成されている。
【００３３】
一方、制御回路では、外部から与えられたインダクションモータ４の速度指令ω*に対して周期的に変動する速度成分を重畳させることでインダクションモータ４の速度指令補正値を作成する速度指令補正手段１３と、速度指令補正手段１３から得られる速度指令補正値に基づいてインダクションモータ４に印加するモータ電圧値を決定するＶ／Ｆ制御パターン７と、Ｖ／Ｆ制御パターン７から決定されるモータ電圧値に基づいてインダクションモータ４のモータ電圧指令値を作成するモータ電圧作成手段８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９と、予め設定されたインバータ３の直流電圧基準値とＰＮ電圧検出手段９から得られるインバータ３の直流電圧検出値との比率を導出するＰＮ電圧補正手段１０と、モータ電圧指令作成手段８から得られるモータ電圧指令値とＰＮ電圧補正手段１０の出力値であるＰＮ電圧補正係数とを掛け合わせることによりモータ電圧指令値の電圧補正を行ないインダクションモータ４のモータ電圧指令補正値を作成するモータ電圧指令補正手段１１と、ＰＮ電圧検出手段９から得られるインバータ３の直流電圧検出値に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正し、インダクションモータへの印加電圧指令値を作成する第２モータ電圧指令補正手段１３と、第２モータ電圧指令補正手段１３から作成されたモータ印加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１２から構成されている。
【００３４】
なお、Ｖ／Ｆ制御パターン７については、上述の従来の技術にて説明しているのでここでは説明を省略する。（図１４のＶ／Ｆ制御方式のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置）
以下では、具体的な方法について説明する。
モータ電圧指令作成手段８では式（１）で表される演算によりモータ電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*を作成する。
【００３５】
【数１】
2005124298.tif 000003
【００３６】
ここで、ＶmはＶ／Ｆ制御パターン１３から決定される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ω*を時間積分することで導出する。
【００３７】
【数２】
2005124298.tif 000004
【００３８】
また、図４は本発明に係るＰＮ電圧補正手段１０の第１の実施例を示した図で、ＰＮ電圧補正手段１０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９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。
【００３９】
【数３】
2005124298.tif 000005
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
即ち、式（４）のようにＰＮ電圧補正係数ｋpnを導出しても良い。
【００４３】
【数４】
2005124298.tif 000006
【００４４】
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。
【００４５】
また、モータ電圧指令補正手段１１ではモータ電圧指令値ｖu*、ｖv*、ｖw*とＰＮ電圧
補正係数を用いて式（５）のようにモータ電圧指令補正値ｖuh*、ｖvh*、ｖwh*を導出する。
【００４６】
【数５】
2005124298.tif 000007
【００４７】
また、第２モータ電圧指令補正手段１３では、直流電圧基準値Ｖpn0と直流電圧検出値ｖpnを用いて式（６）のようにモータ電圧指令補正値ｖuh*、ｖvh*、ｖwh*の位相角θ1を補正する。
【００４８】
【数６】
2005124298.tif 000008
【００４９】
ここで、ＫBは予め設定された制御ゲインであり、実機検証やシミュレーションにより最適な値を設定することができる。
【００５０】
なお、軽負荷時の場合には、予め設定された位相変動量φを用いて式（７）のようにモータ電圧指令補正値ｖuh*、ｖvh*、ｖwh*の位相角θ1を補正しても良い。
【００５１】
【数７】
2005124298.tif 000009
【００５２】
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・低コストなインダクション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インダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりインダクションモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでインダクションモータの駆動を維持することが可能となり、さらに第２モータ電圧指令補正手段により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に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータへの印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させることで損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の更なる小型・軽量・低コスト化を図ることが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は上述の実施例のようにＶ／Ｆ制御によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置に限定されるものではなく、周知のベクトル制御によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置においても本発明は適用可能である。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明に係る第２モータ電圧補正手段の他の実施例に関する具体的な方法について以下に説明する。
【００５６】
本発明に係る第２モータ電圧補正手段の第１の実施例を図２に示す。第２モータ電圧指令補正手段は、予め設定された直流電圧検出値の基準値を有するものであり、図２において、インバータの直流電圧検出値が直流電圧検出値の基準値よりも小さい場合にのみ前述の式（６）もしくは式（７）のようにモータ電圧指令補正値の位相角の補正を行なうものである。
【００５７】
以上により、より効果的にモータ電流の変動量を低減させ、さらにマイコン等の演算手段における演算量やメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を図ることが可能となる。
【００５８】
さらに、直流電圧検出値の基準値を直流電圧基準値とすることにより、さらにマイコン等の演算手段におけるメモリの低減が図れ、演算手段のコスト低減を図ることが可能となる。
【００５９】
また、本発明に係る第２モータ電圧指令補正手段の第２の実施例を図３に示す。第２モータ電圧指令補正手段は、インバータの直流電圧検出値の平均値を導出するものであり、図３において、インバータの直流電圧検出値が直流電圧検出値の平均値よりも小さい場合にのみ前述の式（６）もしくは式（７）のようにモータ電圧指令補正値の位相角の補正を行なうものである。
【００６０】
以上により、あらゆる運転状況に応じてさらに効果的にモータ電流の変動量を低減させることが可能である。
【００６１】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図６および図７に示す。図６はモータ電圧指令補正値の位相角を補正しない場合の動作結果で、図７は図３の第２モータ電圧指令補正手段（式（６）のようにモータ電圧指令補正値の位相角を補正する）を適用した場合の動作結果であり、図６に対して図７のモータ電流では変動周期が変更され、かつ変動量が低減されていることがわかる。
【００６２】
なお、このときの諸元としては、交流電源は２２０Ｖ（交流電源周波数は５０Ｈｚ）、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、インバータ運転周波数は９６Ｈｚ、インバータキャリア周波数は５ｋＨｚである。
【００６３】
また、本発明に係る第２モータ電圧指令補正手段は、モータ電圧指令補正値の位相角の補正値が少なくとも予め設定された上限値もしくは下限値を有するものである。
【００６４】
以上により、インバータ直流電圧が大幅に変動する場合において、モータ電圧指令補正値の位相角の補正値が大幅に変動してインダクション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。
【００６５】
（実施の形態３）
本発明に係るＰＮ電圧補正手段の第２の実施例を図５に示す。図５において、ＰＮ電圧補正係数ｋpnは予め設定された上限値ｋpn1および下限値ｋpn2を有するもので、式（８）のように表される。
【００６６】
【数８】
2005124298.tif 000010
【００６７】
ここで、Ｖpn1、Ｖpn2はそれぞれＰＮ電圧補正係数の上限値ｋpn1と下限値ｋpn2のときの直流電圧値検出値である。
【００６８】
なお、ＰＮ電圧補正係数ｋpnは、必ずしも図５のように上限値ｋpn1および下限値ｋpn2の両方を有する必要はなく、運転状況に応じてどちらか一方のみ有する場合でも良い。
【００６９】
また、従来のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置（特許文献１の直流電源装置を用いたインダクションモータ駆動用インバータ制御装置も含む）では、１０００μＦを越えるような容量の大きな電解コンデンサに蓄えられる電気エネルギーにより、運転範囲内の負荷条件ならばインダクションモータの駆動を維持することが可能であるが、本発明では小容量リアクタおよび小容量コンデンサを用いており、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、電気エネルギーが不足するような場合でもインダクションモータの駆動を維持するためには小容量リアクタの磁気エネルギーを併用するしかないため、インダクションモータの駆動特性と交流電源の電気特性とはトレードオフの関係にある。
【００７０】
そのため、インダクションモータの限界負荷耐量に余裕がある場合には、過分な電圧補正を抑えることで交流電源の電気特性を改善することが可能となる。
【００７１】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図８および図９に示す。図８はＰＮ補正係数ｋpnに上限値および下限値のどちらも設定されていない場合の動作結果で、図９はＰＮ補正係数ｋpnに上限値ｋpn1および下限値ｋpn2の両方とも設定されている場合の動作結果であり、図８と図９のリアクタ電流波形（ダイオードブリッジを通った後の電流）を比較すればその効果は明白である。
【００７２】
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２ｍＨ、小容量コンデンサの容量は２５μＦ、交流電源は２２０Ｖ（５０Ｈｚ）、インバータ運転周波数は５７Ｈｚ（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。
【００７３】
以上により、ＰＮ電圧補正係数ｋpnは少なくとも予め設定された上限値ｋpn1もしくは下限値ｋpn2を有することで、交流電源電流の変動を抑制し、交流電源力率の改善と交流電源電流の高調波成分を抑制することが可能である。
【００７４】
（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。
【００７５】
本発明のインダクション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、上述の図８もしくは図９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。
【００７６】
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。
【００７７】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図１０に示す。図１０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、図１０においてはモータ電流に負の直流成分が重畳されていることがわかる。
【００７８】
そのため、インダクション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。
【００７９】
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。
そこで、インバータ運転周波数の設定において、インバータ運転周波数ｆ1が式（９）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。
【００８０】
【数９】
2005124298.tif 000011
【００８１】
ここで、ｎは整数、は予め設定された周波数幅であり、周波数幅△ｆd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。
【００８２】
また、インバータ運転周波数ｆ1が式（９）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。
【００８３】
なお、周波数幅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△ｆd＝０とすれば良い）。
【００８４】
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インダクション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。
【００８５】
（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。
【００８６】
本発明のインダクション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。
【００８７】
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（１０）のように表される。
【００８８】
【数１０】
2005124298.tif 000012
【００８９】
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）
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。
【００９０】
次に、小容量コンデンサの容量の決定について以下に説明する。
【００９１】
インバータが停止した際には、小容量コンデンサがインダクションモータの回生エネルギー（停止直前までインダクションモータのインダクタンス成分に蓄えられていた磁気エネルギー）を吸収してインバータの直流電圧値が上昇するため、そのときの直流電圧の最大値が素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定する。
【００９２】
上記の構成によって、インバータ直流電圧の最大値を各駆動素子の耐圧よりも小さくなるように小容量コンデンサの容量を決定することで周辺回路の破壊を防止することが可能となる。
【００９３】
なお、小容量リアクタのインダクタンス値は上述の方法で自動的に決定することができる。
【００９４】
（実施の形態６）
本発明に係るインバータキャリア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。
【００９５】
本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では、実施の形態３で上述したが、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、電気エネルギーが不足するような場合でもインダクションモータの駆動を維持するためには小容量リアクタの磁気エネルギーを併用するしかないため、リアクタ電流波形（ダイオードブリッジを通った後の電流で、概ね交流電源電流の絶対値をとった電流と等しい）はインバータのキャリア周波数の影響を大きく受けてしまう。
【００９６】
そのため、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置では、予め設定された交流電源力率値を満足するようにインバータのキャリア周波数を設定する。
【００９７】
ここで、本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置を動作させた場合の結果を図１１〜図１３に示す。それぞれ図１１はキャリア周波数が３．３ｋＨｚ時、図１２は５ｋＨｚ時、図１３は７．５ｋＨｚ時の動作結果であり、リアクタ電流波形を比較すれば、リアクタ電流（もしくは交流電源電流）はキャリア周波数による依存性が大きいことがわかる。
【００９８】
また、それぞれの交流電源力率値をディジタルパワーメータにて測定したところ、図１１のキャリア周波数が３．３ｋＨｚ時には０．８７８、図１２の５ｋＨｚ時には０．９５６、図１３の７．５ｋＨｚには０．９６２となった。
【００９９】
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５７Ｈｚ（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９００Ｗである。
【０１００】
ここで、例えば予め設定した交流電源力率値が０．９である場合には、キャリア周波数を３．３ｋＨｚ〜５ｋＨｚの間に設定すれば良いことになり、最終的には予め設定した交流電源力率値（この場合は０．９）を満足しつつ、最もキャリア周波数が低くなるように決定する。
【０１０１】
以上により、予め設定された交流電源力率値を満足することが可能となり、必要最小限のキャリア周波数を設定することにより、インバータ損失を必要最小限に抑制することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置は、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・低コストなインダクション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インダクションモータの駆動が困難あるいは不可能となる場合でも、ＰＮ電圧補正手段によりインダクションモータに印加する電圧をほぼ一定にすることでインダクションモータの駆動を維持することが可能となり、さらに第２モータ電圧指令補正手段により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に基づいてモータ電圧指令補正値の位相角を補正することによりインダクションモータへの印加電圧のタイミングを変更してモータ電流の変動量を低減させ、損失低減や素子の電流容量低減によるインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のさらなる小型・軽量・低コスト化を図ることが可能となるので、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に限らず、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においても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第1の実施形態のインダクション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】本発明に係る第２モータ電圧指令補正手段の第１の実施形態を示す図
【図３】本発明に係る第２モータ電圧指令補正手段の第２の実施形態を示す図
【図４】本発明に係るＰＮ電圧補正手段の第１の実施形態を示す図
【図５】本発明に係るＰＮ電圧補正手段の第２の実施形態を示す図
【図６】本発明のインダクション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７】本発明のインダクション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８】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第３の動作結果を示す図
【図９】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第４の動作結果を示す図
【図１０】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第５の動作結果を示す図
【図１１】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第６の動作結果を示す図
【図１２】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第７の動作結果を示す図
【図１３】本発明のインダクションモータ駆動用インバータ制御装置の第８の動作結果を示す図
【図１４】一般的なインダクションモータ駆動用インバータ制御装置のシステム構成図
【図１５】一般的なＶ／Ｆ制御パターンの一例を示す図
【図１６】図１４のインダクションモータ駆動用インバータ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の構成図
【符号の説明】
【０１０４】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ
４  インダクションモータ
５  小容量リアクタ
６  小容量コンデンサ
７  Ｖ／Ｆ制御パターン
８  モータ電圧指令作成手段
９  ＰＮ電圧検出手段
１０  ＰＮ電圧補正手段
１１  モータ電圧指令補正手段
１２  ＰＷＭ制御手段
１３  第２モータ電圧指令補正手段
１４１  リアクタ
１４２  平滑コンデンサ
１４３  直流電源装置
Ｌｉｎ、Ｌｄｃ  リアクトル
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
Ｑ１  トランジスタ
Ｇ１  ベース駆動回路
Ｉ１、Ｉ２  パルス発生回路
Ｃ  中間コンデンサ
ＣＤ  平滑コンデンサ
ＲＬ  負荷抵抗
Ｒｄｍ  ダミー抵抗
【図１】
2005124298.tif 000013
【図２】
2005124298.tif 000014
【図３】
2005124298.tif 000015
【図４】
2005124298.tif 000016
【図５】
2005124298.tif 000017
【図６】
2005124298.tif 000018
【図７】
2005124298.tif 000019
【図８】
2005124298.tif 000020
【図９】
2005124298.tif 000021
【図１０】
2005124298.tif 000022
【図１１】
2005124298.tif 000023
【図１２】
2005124298.tif 000024
【図１３】
2005124298.tif 000025
【図１４】
2005124298.tif 000026
【図１５】
2005124298.tif 000027
【図１６】
2005124298.tif 000028
【図１７】
2005124298.tif 000029