(57)【要約】      （修正有）【課題】単相電源による交流電動機の駆動回路から平滑リアクトルを無くし、平滑コンデンサ容量を小さくすることにより装置のコンパクト化とコストダウンを実現する。【解決手段】三相インバータ５の出力端子に交流電動動機６を接続し、交流電動機の固定子巻線の中性点を単相電源１の一端に接続する。また、単相電源１の他端は第一ダイオードのアノードと第二ダイオードのカソードの接続点に接続する。さらに、第一ダイオードのカソードは三相インバータの正端子に接続し、第二ダイオードのアノードは三相インバータの負端子に接続し、正・負両端子間にコンデンサ４を接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相インバータの出力端子に交流電動動機を接続し、その交流電動機の固定子巻線の中点を単相電源の一端に接続し、単相電源の他端は第一ダイオードのカソードと第二ダイオードのアノードを接続した端子に接続する。そして、第一ダイオードのアノードは三相インバータの正端子に接続し、第二ダイオードのカソードは三相インバータの負端子に接続し、正・負両端子間にコンデンサを接続した単相電源による交流電動機の駆動装置。ただし、コンデンサをスナバ回路とした場合も含む。
【請求項２】
コンデンサ容量を低減しながら単相電源の電流波形を改善し、電動機トルクリプルの低減と制御範囲の拡大のために、前記請求項１で示した駆動装置における三相インバータを変形台形波変調信号によって動作させる制御方式。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する分野】
【０００１】  この発明は、単相交流電源により三相交流電動機（誘導電動機や永久磁石形同期電動機など）を駆動する回路についての電力変換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  図１は、単相電源の出力を整流して直流電圧を得て三相インバータの入力電源とし、三相交流電動機を駆動するシステムである。平滑リアクトルにより単相電源電流を滑らかにし、平滑コンデンサにより一定直流電圧を得ている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  図１に示す従来の単相電源による交流電動機の駆動装置において、ダイオードや三相インバータなどの半導体素子で組み込まれる装置はコンパクトに構成できるが、平滑リアクトルと平滑コンデンサは容量が大きく体積が大きくなって装置が大型化し、コストアップにもなっている。
【０００４】  本発明は、平滑リアクトルを交流電動機の漏れインダクタンスで代用することにより駆動回路からリアクトルを無くし、平滑コンデンサを単相電源電流の波形改善を目的として容量を小さくした回路構成として、装置のコンパクト化とコストダウンを実現しようとするものである。
【発明を解決するための手段】
【０００５】  図２が提案の単相電源による交流電動機の駆動装置である。提案の駆動装置は三相インバータと半波整流回路および電動機により構成され、電動機の固定子巻線の中性点に単相交流電源の一方の端子を直接接続し、もう一方の端子は半波整流回路の入力端子に接続する。図２の交流電動機の駆動回路は、図１に示した従来の駆動回路に比べて、平滑リアクトルおよび整流ダイオード２個が省略され、平滑コンデンサ容量も約２桁以上小さな値となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  非正弦波の三相ＰＷＭインバータで駆動される交流電動機の発生トルクＴは、
Ｔ＝Ｔ０＋Ｔ６＋Ｔ１２＋・・・・
のように、基本トルクＴ０の他にインバータ出力基本波周波数の６倍の周波数をもつ高調波トルクを発生する。トルクリプルとなる主要な成分は第６高調波トルクで、さらに高次のＴ１２＋・・・・の成分は無視できる場合が多い。第６高調波トルクの発生は第５高調波と第７高調波の電圧電流成分が支配的である。そこで、提案回路における三相インバータの駆動信号として図３に示す変形台形波変調信号を用いる。【０００７】  図３は１２０°区間の平坦部を持つ台形波に方形波を重畳した変形台形波変調信号を示す。ｅｂは振幅値Ｅｂ，角周波数ωｂを持つ三角波キャリア信号で，ｅｕは振幅値Ｅｓ，各周波数ωｓをもつｕ相の変形台形波変調信号である。γは方形波を注入する割合を表す方形波注入率で０から１の値を持ち、γ＝０では１２０°区間の平坦部を持つ台形波となり，γ＝１では１２０°幅の方形波となる。図４のＥｕ，Ｅｖ，Ｅｗは三相変形台形波変調信号と三角波キャリヤ信号によって得られる三相ＰＷＭ信号であり、Ｅｕｖはｕ相とｖ相間のインバータ出力線間電圧波形である。方形波の注入率γは、インバータ出力線間電圧波形に含まれる第５高調波と第７高調波の成分の振幅値を大幅に変えることが出来るので、第６高調波トルクを抑制しトルクリプルの低減が可能となる。γの値の大幅な変化に対して基本波成分の振幅はほぼ一定で、その値は従来の正弦波変調より大きくなるので電動機制御範囲を拡大できることになる。【０００８】  さらに、平滑コンデンサの容量を低減すると単相電源からの電流波形が改善される。これは１２０°区間の平坦部を持つ変形台形波変調信号の特性によるものである。図５は、１０００μＦの平滑コンデンサでの単相電源電流波形の例で、図６は波形改善のために平滑コンデンサ容量を１μＦにした時の単相電源電流波形の例であり、良好な電流波形が得られていることがわかる。コンデンサ容量の低減によりトルクリプルは増加するが、家電機器などの一般的な動力源として支障のない程度にトルクリプルを低減できる。
【発明の効果】
【００９】  従来の単相電源による交流電動機の駆動装置は、平滑リアクトルと平滑コンデンサの容量が大きく体積が大きくなって装置が大型化し、コストアップにもなっている。また、電源電流波形の改善が必要で、高力率コンバータを付加した駆動装置も多く見かける。
本発明は、平滑リアクトルを交流電動機の漏れインダクタンスで代用することにより駆動回路からリアクトルを無くし、平滑コンデンサの容量を小さくした回路構成で、装置のコンパクト化とコストダウンを実現しようとするものである。この提案回路を最大限に活用するため、変形台形波変調信号を適用し、制御範囲の拡大、トルクリプルの低減、電源電流波形の改善を可能にした。特に平滑コンデンサ容量を２桁以上小さくして体積を縮小しても良好な電源電流波形が得られるため、装置全体がコンパクト化し、電動機に駆動装置を組み込むなどデザイン上からも新たな可能性があり、電動力応用の分野において発明の効果を多いに期待できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  従来の単相電源による交流電動機の駆動装置。
【図２】  提案の単相電源による交流電動機の駆動装置。
【図３】  変形台形波変調信号。
【図４】  ＰＷＭパルスの発生。
【図５】  １０００μＦの平滑コンデンサでの単相電源電流波形。
【図６】  １μＦの平滑コンデンサでの単相電源電流波形。
【符号の説明】
１：単相交流電源
２：平滑リアクトル
３：全波整流回路
４：平滑コンデンサ
５：三相インバータ
６：三相交流電動機
７：半波整流回路
ｅｂ：三角波キャリア信号
Ｅｂ：三角波キャリア信号の振幅
ｅｕ：ｕ相の変形台形波変調信号
Ｅｓ：変形台形波変調信号の振幅
γ：方形波注入率
Ｅｕｖ：ｕ相とｖ相間のインバータ出力線間電圧
Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗ：三相変形台形波変調信号と三角波キャリア信号によって得られる三相ＰＷＭ信号
【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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