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    公开号:WO1985002505A1
    申请号:PCT/JP1984/000558
    申请日:1984-11-22
    公开日:1985-06-06
    发明作者:Shigeki Yamane；Keijiro Mori；Kyooya Sakamoto
    申请人:Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.；Matsushita Seikio Co., Ltd.；
    IPC主号:H02M7-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] P W M イ ンパ ータ装置
    [0004] 技術分野
    [0005] 5 . 本発明は、 直流電圧から スィ ツ チングによ 、 任意の 周波数の交流電圧を発生させ、 モータの回転数制御を行 う P W M イ ンバータ装置に関するものである。
    [0006] 背景技術
    [0007] 誘導モータは、 堅ろ う ，安価という長所を有してお b現在広 , ο く採用されているが、 回転数は主に、 供給電圧の周波数によ J 定ま 、 可変速を行るい ·κくいという欠点を有している。 一方 今日、 快適性 ，省エネ性から誘導モータ （以下モータという ） の可変速が強く望まれてお 、 その解決手段として、 一般の交 流電圧を直流電圧に変換し、 適当なス ィ ツ チングによ.] 、 任意
    [0008] 1 5 の周波数、 電圧の交流電圧を再び発生させる P W Μ イ ンバータ 装置が採用されている。 しかし がら、 このよ うな P W M イ ン パ ータ装置を用いると、 出力電圧と してパ ルス状の 電圧 が発生するため、 モータには高調波電流が流れ、 モータの 1 次 巻線には、 各種高調波成分の 2倍の周波数の力が発生し、 モ — 0 タの固定鉄芯である積層板を振動させ、 電気音が発生すること が知られている。 同時に、 変換を実現するス ィ ッ チン グ動作を行 う素子と して、 現在バイポーラ ト ラ ン ジスタが用 られてお ] 、 素子の物性上、 電圧のキ ヤ リ ア周波数と しては、 4 K H z 程度が上限であ！）、 通常 2 K H Z 程度のキ ヤ5 リア周波数として使用されている。 このことは可聴域内である
    [0009] OMPI 1 6 Ηζ〜2 θ ΚΗζ において電気音を発生させることにな I 、 不快感を感じさせるという欠点を有していた。
    [0010] また、 P W 1ί電圧を発生させる P W M信号発生部では基本波 とキャ リ ア周波数と る三角波を比較し、 各相毎に 信号 を発生させている。 ここで基本波の振巾 a と三角波の振巾 bの 比率（ - a b )は変調率 m と呼ばれ、 入力電圧に対しての出力 電圧を表わし、 常に aく bであ ] 、 理論上、 a == bのとき出力 電圧は入力電圧と同じ電圧を発生する。 モータを効率よく運転 するためには、 出力電圧 Z周波数の比率を一定に保つ必要があ ] 、 基本波の周波数を変化させると同時に、 振巾 aを変化させ， 三角波のキヤ リァ周波数 2 K H z 程度で最大変調率 m = 9 5 ^ 程度でモータを運転しているが、 前述の通！？、 キャ リ ア周波数 の 2倍の騒音が発生し、 特にモータの低速運転、 つま ]3 モータ 自身の騷音が低い時に電気音が聞こえ、 不快感を覚える。 その ため、 キ ヤ リァ周波数を高く して発生する電気音を人間の可聴 域以上とすることが検討されているが、 キャ リ ア周波数を高く すれば、 最大変調率時の最小出力パルス幅は、 キャ リ ァ周波数 の 2 O倍程度の周波数と ¾るため、 キ ャ リ ア周波数を高く し、 かつ最大変調率を 9 S %とする安定した P W M信号の発生が困 難であるという問題を有していた。
    [0011] 発明の開示
    [0012] そこでこの発明の第 1 の特徵は、 P W M電圧のキャ リ ア周波 数を 8 KHz〜 24 KHzとする P W M ィ ンバータ装置としたもので あ 、 さらに第 2の特徵はこのような P W M イ ンパ一タ装置に おいて、 キヤ リァ周波数を設定周波数によ ]3変化させた P M
    [0013] QMPI 電圧を発生させ、 騷音の いモータの回転数制御を行 う もの 乙 0
    [0014] 以下本発明の実施例について添付図面と ともに説明する。
    [0015] 図面の簡単な説明
    [0016] 図は本発明の実施例を示し、 第 1 図は P W Mィ ンパ —タ装置 の基本構成図、 第2図は P W M イ ンバ―タ装置の P W M信号発 生原理図、 第3図は P W M信号図、 第4図は P W M出力電圧図、 第 5図は P W M イ ンバータ装置によるモータ通電電流図、 第6 図は P W M イ ンバータ装置のキャ リァ周波数変化時の騷音値特 性図、 第ァ図は同キ ヤ リ ァ周波数変化時の入力電力値特性図、 第 8図は P 信号発生回路の基本構成図、 第 9図は同
    [0017] 信号発生回路の設定'周波数変化時のキャ リァ周波数特性図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0018] 第 1図において、 1 は P W M イ ンバ ータ装置の出力電圧の周波 数を設定する周波数設定部、2は前記周波数設定部 1 の信号を受 け、 各相ゲー ト駆動部へ信号を出力する制御回路部、 3は
    [0019] ィ ンバータ装置の最終出力部である D C Z A C変換を行 う相駆 動部である。 そして相駆動部 3は、 第1 パ ワ ース イ ッ チ ング素 子 4、 第 1 ゲー ト駆動部 5、 第 2 パ ワ ース ィ ツ チング素子 6 、 第 2ゲー ト駆動部 7によ ] 構成される。 8は各相駆動部 3のパ ワ ースィ ツ チング素子 4 ， 6 の両端と接続する直流電源部、 9 は各相駆動部 3の中点 X ， Y ， Zに接続し、 これらの出力電圧 によ 違転されるモータである。
    [0020] 周波数設定部 1 で周波数を設定すれば、 制御回路部 2では、 前記設定信号を受け、 電気角 1 2 0 °の位相間隔の設定周波数の
    [0021] ' ¾り — し' 一 ΟΪ ΡΙ 基本波を第 2図の通] 、 1 相の設定周波数の基本波 Aと三角波 Bを比較し、 各相毎に第3図に示す P 信号を発生させる。 前記 P W M信号は、 各相駆動部 3の第 1 ゲート駆動部5へ、 又 前記 P M信号の反転信号は第2ゲート駆動部ァへ印加され、 第 1 ，第 2パワースイ ツチング素子 4 ， 6を交互に ON— OFFし、 各相駆動部 3の中点 X ， Y ， z間には、 第4図に示すパルス状 の電圧から構成される設定周波数の出力電圧を発生し、 モータ
    [0022] 9へ印加する。 第4図の 信号の電圧をモータ 9へ印加す れば、 モータ 9の 1 次巻線によ！）、 第5図に示す高調波分を含 む電流と ¾ i？ 、 モータ 9を運転する。 高調波電流が流れれば、 前述した通] 、 キ ャ リ ア周波数の2倍の電気音が発生すること が知られている。 そこで人間の可聴域が1 6 Ηζ〜2θ ΚΗζ 程 度であることから、 高速にパワ ースィ ツチングが可能な素子、 例えばパヮ 一 M 0 S · F Ε を第 1 ，第 2パワ ースイ ッ チング 素子 4 , 6に用い、 第 6図に示すよ うに、 キヤ リ ァ周波数を大 き くすれば、 8 KHZ程度から騒音値が大き く低減し、 24 KHZ 程度で A G電源での運転音と同一になるのが確認できた。 前述 の通 理論的にはモータからはキヤ リ ア周波数の 2倍の電気音 が発生することになるが、 実際には、 各パワース イ ッ チング素 子の特性の違い、 外来雑音によ キ ヤ リァ周波数と同一の騷音 も発生していた。 また、 第 6図に示すように、 キ ヤ リ ァ周波数 を大き くするにしたがいスィ ッチング損失、 スナパ損失が増加 し、 効率は低下することとなる。 そこで、 キ ヤ リァ周波数を 8 KHz〜24 KHz の範囲とすれば、 可聴域での電気音の発生を 大幅に低減した効率の低下を比較的抑えた P W Mィ ンバ—タ装
    [0023] O PI 置が可能となる。 また、 特に効率に注目するならば、 キ ャ リ ア 周波数を 8 ΚΗζ〜 1 6 KHzの範囲とすれば、 可聴域での電気音 の発生を比較的抑えた効率の良い P W Mィ ンパータ装置が可能 となる。 さらに、 特に可聴域での電気音の発生に注目するなら ば、 キ ヤ リ 了周波数を 1 ら KHz〜2 4 KHzの範囲とすれば、 電 気音の聞こえ い効率の低下を比較的抑えた P W 1ί イ ンバ ータ 装置が可能となる。
    [0024] つぎにキ ヤ リ ァ周波数を大き くする場合の制御回路部 2 の具 体回路例を第 8図によ 説明する。
    [0025] 1 は P W Μ イ ンパ ータ装置の出力電圧の周波数を設定する周波 数設定部、 2が制御回路部で、 制御回路部2は、 基本波発振部 1 ο、 前記周波敎設定部1 の信号によ ]9周波数を変化する三角 波発 ¾部1 1 、 基本波発振部 1 οと三角波発振部1 1 の出力を 比較し、 P W Μ信号を発生する比較部 1 2を有している。 尚、 三角波発振部 1 1 は、 第 1 の 0 Ρ アンプ 3 0、 この第 1 の 0 Ρ アンプ 3 0のバイ アス抵抗 3 1 , 3 2、 第 1 の 0 ァンプ 3 0 の充放電用抵抗3 3 ， 3 4、 第 1 の 0 ァンプ 3 Οの積分コン デンサ 3 5、 充放電切替ト ラ ンジス タ 3 6 、 第 2 の 0 Ρ アンプ 3 7、 第 2 の 0 Ρ アンプ 3 了の外付け抵抗 3 8 , 3 9 よ 構成 されている。 そして、 周波数設定部 1 で直流電圧によ 周波数 設定を行 ¾う と、 基本波発振部 1 Oでは、 直流電圧値に基づく 周波数振巾の基本波の発振を行なう。 また同時に、 周波数設定 部 1 の設定直流電圧は、 三角波発振部 1 1 へ印加される。 この 三角波発振部 1 1 は、 通常の振巾一定の周波数可変の三角波発 振回路で、 設定直流電圧値を抵抗 3 1 , 3 2で分割した電圧を ― O PI ' " IPO 積分コ ンデンサ 3 5によ！）、 負帰還をかけた第 1 の 0 Pアンプ 3 Oの +入力端子に印加する。 第 1 の 0 Pアンプ 3 Oは、 —入 力端子を同電位に保つべく出力を発生するが、 抵抗33 , 3 9 の分 EE電位でコンパレ—タ動作をおこる う第2の 0 Pアンプ 3ァ の出力が LOWに つておれば、 充放電切替ト ラ ンジスタ 3 6は OFFと ])積分コンデンサを放電する出力を発生し、 出力電位 が前記第 2の 0 P アンプ 3ァの外付け抵抗 3 8 , 3 9による電 位にまで下降すれば、 第2の 0 Pアンプ 37は出力が Hi に変 化し、 充放電切替ト ラ ンジスタ 3 6は O N と ] 、 第1 の 0 P アンプ 30の出力は、 逆に積分コ ンデンサ 3 Sの充電をおこ う。 このよ う ¾回路構成によ ] 、 第 1 の 0 Pアンプ 3 Oの出力 1 は、 第2の 0 Pァ.ンブ 3ァの外 ffけ抵抗 3 8 ， 3 9の分圧電 位による振巾一定で、 第9図に示す基本波設定周波数に対する キ ャ リ ア周波数を発振することに る。 そしてこの三角波と前 記基本波発振部 1 Oの出力を比較部1 2に入力し、 比較 · 出力 することによ 、 設定周波数が低い場合は、 キャ リァ周波数が 高ぐ、 設定周波数が高く ¾るにしたがいキヤ リァ周波数が減少 し、 最高変調率 9 S %を可能とする P W M信号が得られる。 そ こで、 このよ うる P W M信号を発生させる制御回路部とすれば、 モータから発生する電気音は、 キ ャ リ ア周波数と同一、 又は 2 倍の周波数であ！）、 さらにモータの回転数が高くるればモータ 自体の機械音も大き くな ] 、 電気音が聞こえにく く ることか ら、 モータ低速回転時は、 キヤ リ 了周波数を高く し、 モータ力 らの可聴域での電気音の発生を防止し、 モータ高速回転数時に は、 キヤ リァ周波数を低下させ、 最大変調率 9 5 を可能とし、 ― ァ一 かつモータからの可聴域での電気音の発生をモータ自体の機械 音によ り感じさせる ィ ンパーク装置が可能となる。
    [0026] お、 上記実施例では、 周波数設定部 1 の増加信号によ ] 三角波 発振部 1 1 よ ] のキ ャ リ ア周波数を減少させるよ うにしたが、 これは回転数の増加とともに騒音値が増加する負荷を考えた場 合である。 しかし、 他の場合の負荷を考えても制御回路部の構 成次第で周波数設定信号によ 、 いかなるキ ヤ リア周波数の変 化も対応が可能である。
    [0027] 産業上の利用可能性
    [0028] 以上説明したよ うに、 この発明の P w M発生電圧のキ ャ リ ア 周波数を 8 KHz 〜24 KHzの範囲とする P W Mィ ンバータ装置 によれば、 いか る誘導モータにおいても、 可聴域 での 電 気 音の発生を大幅に低減し、 かつ効率の低下を比較的抑えた回転 数制御を行 ¾ うことができ、 また、 同様に、 発生電圧の キ ヤ —リア周波数を可変する P W Mイ ンバ―タ装置によれば、 モ 一タの回転数の増加にともるぃ騷音値が高く る負荷の場合に は可聴域での電気音を発生させ い制御が可能とる 、 またそ の他の場合においても変調率の低い場合には電気音の発生を防 止し、 電気音の発生がある程度許される場合には変調率を高ぐ する制御が可能であ ] 、 したがって、 P W Mイ ンバ ータ装置の 使用性を大いに高め得るものである。
    [0029] ΟΜΡΙ
    [0030] "WIPO ノ
    权利要求:
    Claims —a― • 請 求 の 範 囲
    1 . 周波数を設定する周波数設定部と、 前記周波数設定部よ の信号を受け P W M信号を発生する制御回路部と、 制御回路部 からの P W M信号を受ける相駆動部と、 前記相駆動部に接続さ
    5 れる直流電源部とを具備し、 前記制御回路部の P W M信号のキ ャ リ ァ周波数を 8 KHz 〜 2 4 KHzとする P W M ィ ンパータ装置。
    2 . 周波数を設定する周波数設定部と、 前記周波数設定部よ の信号を受け P W M.信号を発生する制御回路部と、 制.御回路部 からの P W M信号を受ける相駆動部と、 前記相駆動部に接続さ i o れる直流電源部とを具備し、 上記制御回路部の P W M信号のキ ャ リア周波数を前記周波数設定部の信号によ ] 変化させる ィ ンパ一タ装置。 - '
    3 . 請求の範囲第 1項にお て、 制御回路部を周波数設定部の 信号によ 、 基本波を発振する基本波発振部と自走発振する三
    1 5 角波発振部と、 前記基本波発振部と三角波発振部の出力を比較、 出力する比較部から構成した P W M ィ ンバ—タ装置。
    4 . 請求の範囲第 1 項において、 相憨動部は 2個直列に接続さ れる第1 および第 2パワ ースイ ッ チング素子と、 この第 1 およ び第 2パワ ース ィ ッ チング素子を制御回路部の P W 信号によ 0 交互にオ ン ，オフさせる第 1 および第 2 ザ一ト駆動部から構 成され、 前記パ ワ ース ィ ッ チング素子をパヮ — M 0 S . F E T とする P W Mィ ンパータ装置。
    5 · 請求の範囲第 1 項にお て、 キ ヤ リァ周波数を 8 KHz 〜 1 6 KHzとする P W M イ ンバータ装置。
    25 6 . 請求の範囲第 1 項において、 キ ヤ リ ァ周波数を 1 6 KHz〜 • 2 4 KHzとする P W M イ ンバ一タ装置。
    7 . 請求の範囲第 2項において、 制御回路部を周波数設定部の 信号'によ )、 基本波を発振する基本波発振部と周波数を変化さ せる三角波発振部と、 前記基本波発振部と三角波発振部の出力 を比較、 出力する比較部から構成した ィ ンバータ装置。
    8 . 請求の範囲第 2項において、 制御回路部を、 周波数設定部 の信号によ 基本波を発振する基本波発振部と前記周波数設定 部の増加信号によ ] 周波数を減少させる三角波発振部と、 前記 基本波発振部と三角波発振部の出力を比較、 出力する比較部か ら構成した P W M イ ンバ—タ装置。
    OMPI
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0163746A4|1987-04-14|
    DE3486449T2|1997-11-27|
    EP0163746B1|1997-04-23|
    DE3486449D1|1997-05-28|
    US4691269A|1987-09-01|
    EP0163746A1|1985-12-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1985-06-06| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1985-06-06| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1985-07-03| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1984904177 Country of ref document: EP |
    1985-12-11| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984904177 Country of ref document: EP |
    1997-04-23| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1984904177 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP58223665A|JPS60118063A|1983-11-28|1983-11-28|Pwm inverter device|
    JP58/223664||1983-11-28||
    JP58223664A|JPS60118062A|1983-11-28|1983-11-28|Pwm inverter device|
    JP58/223665||1983-11-28||DE19843486449| DE3486449T2|1983-11-28|1984-11-22|Pulsbreitenmodulationswechselrichtervorrichtung|
    DE19843486449| DE3486449D1|1983-11-28|1984-11-22|Pulsbreitenmodulationswechselrichtervorrichtung|
    EP19840904177| EP0163746B1|1983-11-28|1984-11-22|Pwm inverter apparatus|
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