(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間（デッドタイム）を有し、該デッドタイムによるインバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
該デッドタイム補償のために前記ＰＷＭ電圧指令に加算される補償電圧の振幅を前記逆変換回路の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、ＰＷＭパルス演算器におけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値に設定し、この補償電圧を前記電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が零クロス点を通過するのに伴って電圧極性を切替えるとともに、
前記出力電流の振幅値を求め、この求めた出力電流の振幅値に基づいて前記補償電圧値の振幅値を補正することを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項２】
電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間（デッドタイム）を有し、該デッドタイムによるインバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
該デッドタイム補償のために前記ＰＷＭ電圧指令に加算される補償電圧の振幅を前記逆変換回路の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、ＰＷＭパルス演算器におけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値に設定し、この補償電圧を前記電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が零クロス点を通過するのに伴って電圧極性を切替えるとともに、
この補償電圧値の振幅を前記ＰＷＭ電圧指令を生成するための出力電圧指令値に基づいて補正することを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記補償電圧の振幅は、前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値までは該出力電流の振幅値又は出力電圧指令値に比例させた値とし、該所定値を超えたときには一定の値となるように補正することを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値まで生ずる補償不足分に対応する補償不足分電圧を求め、
この補償不足分電圧を前記電圧指令値に加算した値を新たな電圧指令値としたことを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法。
【請求項５】
請求項３に記載の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記電圧形ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数に基づいて、前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値までに生ずる補償不足分に対応する補正指令値を求め、
この補正指令値を前記電圧指令値に加算した値を新たな電圧指令値としたことを特徴とする電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するためのインタロックとして短絡防止時間（デッドタイム）が挿入されるが、これに起因した該インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するためのインタロックとして、該逆変換回路を形成するスイッチング素子のターンオフ時間も包含した短絡防止時間（デッドタイム）が挿入されるが、これに起因した該インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償するためには、該ＰＷＭ電圧指令に加算される方形波状の補償電圧の極性を、該インバータの出力電流が零クロス点を通過する時点に同期して変更する方法が一般に行われている。
【０００３】
また前記補償電圧の振幅は、前記逆変換回路の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、前記インバータにおけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値になることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法によると、該インバータの出力電流の零クロス点でステップ状に前記補償電圧の極性を変更しているため、該零クロス点近傍での出力電流のリプルが増大し、このリプルの増大に伴って前記零クロス点が変動して前記出力電流のリプルを更に増大させるという悪循環を招き、特に、前記インバータの負荷が電動機のときで、この電動機が低速運転される用途において、該リプルに起因する回転むらが大きくなるという問題があった。
【０００５】
従来の上記問題点の解決策として、前記デッドタイムを短くするためにより高速の前記スイッチング素子を使用し、さらに前記キャリア周波数を余り高くしない方法があるが、この方法では前記インバータ全体の価格を上昇させる、前記電動機の回転速度制御範囲に制約が生じる、前記電動機の電磁騒音を大きくするなどの新たな問題点が発生する。
【０００６】
また、上述の補償電圧をＰＷＭ電圧指令に加算する方法に代えて、フィードバックループを設けて制御応答を速くして補償する方法もあるが、回路構成の簡単なＦ／Ｖ方式（オープンループ方式）の汎用インバータでは、回路構成を複雑にすることなどからこの方法の導入は困難である。
【０００７】
この発明の目的は、上記問題点を解決する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間（デッドタイム）を有し、該デッドタイムによるインバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
該デッドタイム補償のために前記ＰＷＭ電圧指令に加算される補償電圧の振幅を前記逆変換回路の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、ＰＷＭパルス演算器におけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値に設定し、この補償電圧を前記電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が零クロス点を通過するのに伴って電圧極性を切替えるとともに、
前記出力電流の振幅値を求め、この求めた出力電流の振幅値に基づいて前記補償電圧値の振幅値を補正することを特徴とする。
【０００９】
また第２の発明は、電圧形ＰＷＭインバータの逆変換回路を構成する上下アームの短絡を防止するための短絡防止時間（デッドタイム）を有し、該デッドタイムによるインバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差電圧を補償する電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
該デッドタイム補償のために前記ＰＷＭ電圧指令に加算される補償電圧の振幅を前記逆変換回路の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、ＰＷＭパルス演算器におけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値に設定し、この補償電圧を前記電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が零クロス点を通過するのに伴って電圧極性を切替えるとともに、
この補償電圧値の振幅を前記ＰＷＭ電圧指令を生成するための出力電圧指令値に基づいて補正することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、前記第１又は第２の発明の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記補償電圧の振幅は、前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値までは該出力電流の振幅値又は出力電圧指令値に比例させた値とし、該所定値を超えたときには一定の値となるように補正することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、前記第３の発明の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値まで生ずる補償不足分に対応する補償不足分電圧を求め、この補償不足分電圧を前記電圧指令値に加算した値を新たな電圧指令値としたことを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、前記第３の発明の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法において、
前記電圧形ＰＷＭインバータにおけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数に基づいて、前記出力電流の振幅値又は出力電圧指令値が零から所定値までに生ずる補償不足分に対応する補正指令値を求め、この補正指令値を前記電圧指令値に加算した値を新たな電圧指令値としたことを特徴とする。
【００１３】
この第１〜第３の発明によれば、電圧形ＰＷＭインバータの出力電流、または、該インバータへの出力電圧指令値が小さいときには、該インバータの出力電流の零クロス点でステップ状に変化する前記補償電圧の振幅を小さくすることにより、前記出力電流の零クロス点近傍のリプルを減少させることができる。
【００１４】
さらに第４，第５の発明によれば、上記第１から第３の発明の作用に加えて、該第１〜第３の発明での出力電流値又は出力電圧指令値が零から所定値までの間で前記補償電圧の振幅を小さくすることによる生ずる前記インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差を解消することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図であり、１は整流電源などからなる直流電源、２は図示の如くトランジスタとダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなる三相の逆変換回路、３〜５は前記逆変換回路２の出力電流を検出するＣＴ、６は負荷としての電動機、１１はこの電圧形ＰＷＭインバータの出力周波数を指令する周波数設定器、１２は周波数設定器１１の指令値に対応する電圧指令値に変換する周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換器、１３は周波数設定器１１の指令値に対応する角度指令を演算する積分器、１４は前記電圧指令値と角度指令とから三相のＰＷＭ電圧指令を演算するＰＷＭ電圧指令演算器、１５〜１７は前記ＰＷＭ電圧指令それぞれに後述のそれぞれの補償電圧を加算し、この加算値を新たなＰＷＭ電圧指令として出力する加算演算器、１８はこの新たな三相のＰＷＭ電圧指令に基づくＰＷＭ（パルス幅変調）演算を行い、更に前記デッドタイムを付加した逆変換回路２への駆動信号を生成するＰＷＭパルス演算器である。
【００１６】
上述の補償電圧を生成する回路として、各相毎に備える補償電圧発生器（符号３１，４１，５１）及び乗算器（符号３２，４２，５２）と、ＣＴ３〜５の検出値から前記逆変換回路２の出力電流の振幅を求める振幅演算器２１と、この振幅から振幅係数（ｋ）を演算する振幅係数演算器２２とから構成されている。
【００１７】
図２は、いずれかの相の前記補償電圧発生器の動作を説明するための波形図であり、（イ）はＣＴ３〜５のいずれかが検出したこの電圧形ＰＷＭインバータの出力電流波形を示し、（ロ）はこの電流波形に対応した補償電圧波形を示し、（イ）に示す電流波形の太実線，破線のようにその振幅に無関係に零クロス点で極性が切り替わり、（ロ）に示す補償電圧の振幅Ａ（＝一定値）は、逆変換回路２の入力直流電圧と、前記デッドタイムと、ＰＷＭパルス演算器１８におけるＰＷＭ演算の際のキャリア周波数との積に基づいた値に設定される。
【００１８】
図３は、振幅係数演算器２２の動作を説明するための特性図である。
【００１９】
前記補償電圧の振幅係数（ｋ）は、振幅演算器２１で得られた振幅が零から予め定められた所定値、例えば、逆変換回路２の出力電流の定格値の２０％程度の振幅までは、該振幅に比例させた値（すなわち、ｋ＝０〜１．０）とし、また、該所定値を超えたときには、該所定値のときの比例値（すなわち、ｋ＝１．０）としている。
【００２０】
すなわち、図１に示した電圧形ＰＷＭインバータにおいては、逆変換回路２の出力電流が定格値の２０％以下のときには、乗算器（符号３２，４２，５２）それぞれにより、補償電圧発生器（符号３１，４１，５１）が出力する振幅Ａに対して、前記乗算器の演算結果はＡ×ｋ（ｋ＜１．０）となり、この電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が小さいときには、該出力電流の零クロス点でステップ状に変化する前記補償電圧の振幅を小さくすることにより、該出力電流の零クロス点近傍のリプルを減少させることができる。
【００２１】
図４は、この発明の第２の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２２】
すなわち、図４に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、振幅演算器２１と振幅係数演算器２２とに代えて、振幅係数演算器２３を備えていることである。
【００２３】
この振幅係数演算器２３ではＦ／Ｖ変換器１２の出力である電圧指令値を入力とし、前記補償電圧の振幅係数（ｋ）は、該電圧指令値が零から予め定められた所定値、例えば、定格値の２０％程度までは、該電圧指令値に比例させた値（すなわち、ｋ＝０〜１．０）とし、また、該所定値を超えたときには、該所定値のときの比例値（すなわち、ｋ＝１．０）としている。
【００２４】
すなわち、図４に示した電圧形ＰＷＭインバータにおいては、前記電圧指令値が定格値の２０％以下のときには、乗算器（符号３２，４２，５２）それぞれにより、補償電圧発生器（符号３１，４１，５１が出力する振幅Ａに対して、前記乗算器の演算結果はＡ×ｋ（ｋ＜１．０）となり、この電圧形ＰＷＭインバータの出力電圧が小さいときには、一般的に、逆変換回路２の出力電流も小さいことから、該出力電流の零クロス点でステップ状に変化する前記補償電圧の振幅を小さくすることにより、該出力電流の零クロス点近傍のリプルを減少させることができる。
【００２５】
図５は、この発明の第３の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２６】
すなわち、図５に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、図１の回路構成に対して、不足電圧発生器２４と加算演算器２５とが付加されていることである。
【００２７】
図６は、不足電圧発生器２４の動作を説明するための特性図である。
【００２８】
図６において、縦軸のＡの値は補償電圧発生器（符号３１，４１，５１）における振幅Ａと同じ値であり、この不足電圧発生器２４では振幅係数演算器２２が出力する振幅係数ｋを入力して、図６に示す如く、Ａ×（１−ｋ）を図６に従って演算し、この演算値を補償不足分電圧としている。
【００２９】
すなわち、図５に示した電圧形ＰＷＭインバータにおいては、前記ｋがｋ＜１のときにはＰＷＭ電圧指令に加算されるデッドタイム補償のための前記補償電圧がｋの値に対応して小さくなり、この小さくなった分は前記補償不足分電電圧〔Ａ×（１−ｋ）〕となることから、この補償不足分電圧を前記電圧指令値に加算し、この加算値をＰＷＭ電圧指令演算器１４に入力することにより、この電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が小さいときの該出力電流の零クロス点近傍のリプルを減少させつつ、該インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差を解消することができる。
【００３０】
図７は、この発明の第４の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３１】
すなわち、図７に示した回路構成が図１に示した回路構成と異なる点は、図１の回路構成に対して、ＰＷＭパルス演算器１８をＰＷＭパルス演算器１８ａとし、加算演算器２５と、関数発生器２６と、補償指令演算器２７とが付加されていることである。
【００３２】
図８は、関数発生器２６の動作を説明するための特性図である。
【００３３】
図８において、関数発生器２６はＰＷＭパルス演算器１８ａから前記ＰＷＭ演算の際のキャリア周波数に対応したキャリア周期を取り込み、このときのキャリア周期に対応したＰＷＭ電圧指令と逆変換回路２の出力電圧との誤差に対する補正値を、図示の如き反比例の関数値として演算し、出力している。なお、この特性図は逆変換回路２への入力電圧が４００Ｖ系のときの補正値の一例である。
【００３４】
また、補正指令演算器２７では振幅係数演算器２２からの補正係数ｋと、関数発生器２６からの補正値（ＶCR）とから補正指令値として、ＶCR×（１−ｋ）なる演算を行っている。
【００３５】
すなわち、図７に示した電圧形ＰＷＭインバータにおいては、前記ｋがｋ＜１のときにはＰＷＭ電圧指令に加算されるデッドタイム補償のための前記補償電圧がｋの値に対応して小さくなることから、この小さくなった分に対応する前記補正指令値を前記電圧指令値に加算し、この加算値をＰＷＭ電圧指令演算器１４に入力することにより、この電圧形ＰＷＭインバータの出力電流が小さいときの該出力電流の零クロス点近傍のリプルを減少させつつ、該インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差を解消することができる。
【００３６】
このとき、電圧形ＰＷＭインバータの出力周波数を指令する周波数設定器１１の指令値により、ＰＷＭパルス演算器１８ａでの前記ＰＷＭ演算の際のキャリア周波数を変更して動作させる用途では、該インバータのＰＷＭ電圧指令と出力電圧との間の誤差をより正確に解消することができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明の電圧形ＰＷＭインバータのデッドタイム補償方法によれば、該インバータの低出力電流領域での該インバータの出力電圧が安定するので、特に電動機がこのインバータの負荷のときには、このインバータの低出力周波数領域での該電動機の回転が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図
【図２】  図１の動作を説明する波形図
【図３】  図１の動作を説明する特性図
【図４】  この発明の第２の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図
【図５】  この発明の第３の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図
【図６】  図５の動作を説明する特性図
【図７】  この発明の第４の実施例を示す電圧形ＰＷＭインバータの回路構成図
【図８】  図７の動作を説明する特性図
【符号の説明】
１…直流電源、２…逆変換回路、３〜５…ＣＴ、６…電動機、１１…周波数設定器、１２…Ｆ／Ｖ変換器、１３…積分器、１４…ＰＷＭ電圧指令演算器、１５〜１７…加算演算器、１８，１８ａ…ＰＷＭパルス演算器、２１…振幅演算器、２２，２３…振幅係数演算器、２４…不足電圧発生器、２５…加算演算器、２６…関数発生器、２７…補償指令演算器、３１，４１，５１…補償電圧発生器、３２，４２，５２…乗算器。
【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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