JPH0785677B2 - Control method of voltage source inverter - Google Patents
Control method of voltage source inverterInfo
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- JPH0785677B2 JPH0785677B2 JP61082961A JP8296186A JPH0785677B2 JP H0785677 B2 JPH0785677 B2 JP H0785677B2 JP 61082961 A JP61082961 A JP 61082961A JP 8296186 A JP8296186 A JP 8296186A JP H0785677 B2 JPH0785677 B2 JP H0785677B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主に電圧制御形PWMインバータにおけるトルク
リプルの発生及び制御特性の劣化を防止するための制御
方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention mainly relates to a control method for preventing occurrence of torque ripple and deterioration of control characteristics in a voltage control type PWM inverter.
一般に誘導電動機を周波数変換器あるいはインバータを
用いて速度制御する装置においては、高速応答高精度な
制御を可能にするベクトル制御が知られている。このベ
クトル制御は、かご形誘導電動機により直流電動機と同
等の性能を得る制御方式として発展してきたものであ
り、いわば直流機の整流機能を電圧的制御により行い、
磁束ベクトルと電流ベクトルとの直交関係を作って回転
速度を制御しようとするものである。In general, vector control that enables high-speed response and high-accuracy control is known for a device that controls the speed of an induction motor using a frequency converter or an inverter. This vector control has been developed as a control system that obtains the same performance as a DC motor with a squirrel-cage induction motor, so to speak, the rectifying function of the DC machine is performed by voltage control,
It is intended to control the rotation speed by forming an orthogonal relationship between the magnetic flux vector and the current vector.
インバータ装置には、トランジスタあるいはGTOなどを
用いた電圧形インバータを使い、その出力電流を交流電
流調節器により正弦波電流指令パターンに比例するよう
に制御する方式(いわゆる電流制御形)が高速応答制御
が行えるなどの理由から用いられている。しかし最近、
交流電流調節器を削除して回路構成の簡素化と、電流調
節器及びPWM信号発生部にマイクロプロセッサを適用し
た場合における演算処理の負担の軽減化を図るために、
電圧制御形と呼ぶ方式が発表されている(Multimicropr
ocessor−Based Control System for Quick Response I
nduction Motor Drive,IEEETRANS. on INDUSTRY APPLIC
ATIONS, VoL, IA−21, No4, MAY/JUNE 1985, PP602〜60
9)。このものでは電流指令及び周波数指令に基づいて
インバータの出力電圧指令を演算し、PWM制御により出
力電圧を制御する。ところが、後述するようにインバー
タ回路の電圧降下(出力電流に対して非線形)のために
出力電圧を精度よく制御できず、そのためベクトル制御
適用時においては出力電圧指令の座標基準軸(電圧指令
基準位相)と電動機の磁束軸(誘導起電力の位相)が一
致しないことが起り、ベクトル制御の特長である高速応
答高精度な制御が満足に行えない。また、前記インバー
タの電圧降下は高調波成分(電圧降下が出力電流に対し
て非線形のため)を含むためトルクリプルを生じる。こ
れらの現象は特に低速回転において顕著である。The inverter device uses a voltage-type inverter that uses a transistor or GTO, and the output current is controlled by an AC current controller so that it is proportional to the sine wave current command pattern (so-called current control type). It is used because of the fact that But recently
In order to simplify the circuit configuration by deleting the AC current regulator, and to reduce the burden of arithmetic processing when a microprocessor is applied to the current regulator and the PWM signal generator,
A method called voltage control type has been announced (Multimicropr
ocessor-Based Control System for Quick Response I
nduction Motor Drive, IEEETRANS. on INDUSTRY APPLIC
ATIONS, VoL, IA-21, No4, MAY / JUNE 1985, PP602-60
9). In this device, the output voltage command of the inverter is calculated based on the current command and the frequency command, and the output voltage is controlled by PWM control. However, as will be described later, the output voltage cannot be accurately controlled due to the voltage drop (non-linear with respect to the output current) of the inverter circuit, and therefore when the vector control is applied, the coordinate reference axis (voltage command reference phase) of the output voltage command is applied. ) Does not match the magnetic flux axis (phase of induced electromotive force) of the motor, and high-speed response and high-precision control, which is a feature of vector control, cannot be satisfactorily performed. Further, since the voltage drop of the inverter includes a harmonic component (because the voltage drop is non-linear with respect to the output current), torque ripple occurs. These phenomena are particularly remarkable at low speed rotation.
前述の電圧降下の発生原因については次に述べる。The cause of the above-mentioned voltage drop will be described below.
パルス幅変調インバータにおいては、インバータを構成
するP側及びN側スイッチング素子を交互に導通制御し
て出力電圧をPWM制御する。しかしスイッチング素子に
はターンオフ時間によるスイッチングの遅れがあるた
め、P側及びN側が同時にオンしないように、一方がオ
フした後、所定時間(デッドタイム)の後に、もう一方
を遅れてオンするようにしている。In the pulse width modulation inverter, the P-side and N-side switching elements that form the inverter are alternately conductively controlled to perform PWM control of the output voltage. However, since the switching element has a delay in switching due to the turn-off time, one side should be turned off and the other side should be turned on after a predetermined time (dead time) so that the P side and the N side do not turn on at the same time. ing.
このデットタイムの影響により、特にインバータ出力周
波数が低い場合において出力電圧変動並びに歪みが大き
くなり前述した問題があった。Due to the influence of the dead time, the output voltage fluctuation and the distortion become large, especially when the inverter output frequency is low, which causes the above-mentioned problem.
従来、この対策法として、特公昭59−8152号公報、特開
昭59−123478号公報に記載のように、インバータの出力
電流方向を検出し、この検出出力に基づいてデッドタイ
ムの影響によるインバータ出力電圧の波形歪を、補償す
る補償手段を設ける方法が知られている。しかし、これ
らの方法では、スイッチング素子のターンオフ特性のば
らつきや電流の大きさによるターンオフ時間の変動の影
響すなわち電圧降下の出力電流に対する依存性について
は補償されず充分な補償が行えない。Conventionally, as a countermeasure against this, as described in Japanese Patent Publication No. 59-8152 and Japanese Patent Publication No. 59-123478, the output current direction of the inverter is detected, and based on this detection output, the inverter due to the influence of dead time is detected. A method of providing a compensating means for compensating the waveform distortion of the output voltage is known. However, in these methods, the influence of the variation of the turn-off characteristics of the switching element and the variation of the turn-off time due to the magnitude of the current, that is, the dependence of the voltage drop on the output current is not compensated and cannot be sufficiently compensated.
また、この欠点を対策する方法として、「三菱電機技
報」Vol. 58. No12.1984のpp27〜28に記載のように、イ
ンバータの瞬時出力電圧を検出し、指令信号にフィード
バック制御することによって出力電圧の波形歪を補償す
る方法が知られている。しかし、この方法では、インバ
ータの出力電圧を検出するための検出器が必要であり、
さらにインバータの出力電圧は出力周波数にほぼ比例す
るために低周波数になる程、検出が難しく充分な補償が
行えない。In addition, as a method to prevent this drawback, as described in pp27-28 of "Mitsubishi Electric Technical Report" Vol. 58. No12.1984, by detecting the instantaneous output voltage of the inverter and performing feedback control to the command signal. A method of compensating for waveform distortion of an output voltage is known. However, this method requires a detector for detecting the output voltage of the inverter,
Further, since the output voltage of the inverter is almost proportional to the output frequency, the lower the frequency is, the more difficult it is to detect and the insufficient compensation cannot be performed.
本発明の目的は、制御特性の劣化とトルクリプルの発生
を防止することのできる電圧形インバータの制御方法を
提供することにある。An object of the present invention is to provide a control method for a voltage source inverter that can prevent the deterioration of control characteristics and the occurrence of torque ripple.
本発明は、インバータ出力電流検出信号に基づいてイン
バータ回路の電圧降下を推定し、さらに該電圧降下推定
値から出力電流に応じた所定量を減算し、それに基づい
て電圧指令を修正することによりインバータのスイッチ
ング素子(P側及びN側)の不平衡動作により生じる出
力電流の有害な直流分の発生を防止するようにしたこと
にある。The present invention estimates the voltage drop of an inverter circuit based on an inverter output current detection signal, subtracts a predetermined amount according to the output current from the estimated voltage drop value, and corrects the voltage command based on the subtracted amount to correct the voltage command. The harmful DC component of the output current caused by the unbalanced operation of the switching elements (P side and N side) is prevented.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
第1図には、本発明の一実施例が示されている。図にお
いて、PWMインバータ1は直流電圧を可変周波の交流電
圧に変換する。インバータ1は自己消弧素子と各自己消
弧素子に逆並列接続された帰還ダイオードとから構成さ
れる。自己消弧素子としてはトランジスタやゲートター
ンオフサイリスタなどのスイッチング素子が用いられ
る。インバータ1の各相U,V,Wの交流出力端に誘導電動
機2が接続されている。誘導電動機2のU相とV相及び
W相の1次電流iu,iv,iw(インバータ1の出力電流)は
電流検出器3U,3V,3Wによって検出される。速度指令回路
6の速度指令信号ωr*は加算器7に加えられ、加算器
39からの速度推定信号 と比較され、加算器7はそれらの偏差を出力する。速度
偏差増幅器9はその偏差に応じて、後述する電動機電流
の成分iqの指令信号iq*を出力する。該信号iq*は加算
器11、係数器29に加えられる。加算器11は前記信号iq*
と座標変換器32から取り出される信号iq(詳細後述)と
の偏差を出力する、電流偏差増幅器35は前記偏差に応じ
て周波数制御信号Δωを出力する。該信号Δωは加算器
36に加えられ、そこで一次遅れ回路37からの出力信号ω
r**(速度指令信号ωr*に対して一次遅れの信号)
と加算され、周波数指令信号ω1*を出力する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, a PWM inverter 1 converts a DC voltage into a variable frequency AC voltage. The inverter 1 is composed of a self-extinguishing element and a feedback diode connected in antiparallel to each self-extinguishing element. A switching element such as a transistor or a gate turn-off thyristor is used as the self-extinguishing element. An induction motor 2 is connected to the AC output terminals of each phase U, V, W of the inverter 1. The primary currents iu, iv, iw (output current of the inverter 1) of the U-phase, V-phase and W-phase of the induction motor 2 are detected by the current detectors 3U, 3V, 3W. The speed command signal ωr * of the speed command circuit 6 is added to the adder 7,
Speed estimation signal from 39 And the adder 7 outputs those deviations. The speed deviation amplifier 9 outputs a command signal iq * of a motor current component iq described later according to the deviation. The signal iq * is added to the adder 11 and the coefficient unit 29. The adder 11 uses the signal iq *
The current deviation amplifier 35, which outputs a deviation between a signal iq (described later in detail) extracted from the coordinate converter 32, outputs a frequency control signal Δω according to the deviation. The signal Δω is an adder
36, where the output signal ω from the first-order delay circuit 37
r ** (a signal that is first-order delayed with respect to the speed command signal ωr *)
Is added and the frequency command signal ω 1 * is output.
また、発振器12は、該指令信号ω1*に比例した周波数
で振幅が一定な正弦波信号(インバータ出力電圧の位相
基準)を出力する。該出力信号は座標変換器17,18,32に
加えられる。Further, the oscillator 12 outputs a sine wave signal (a phase reference of the inverter output voltage) whose amplitude is constant at a frequency proportional to the command signal ω 1 *. The output signal is applied to coordinate converters 17, 18, 32.
電流検出器3U,3V,3Wの検出信号iu,iv,iwは3相−2相変
換器31に加えられ、交流信号iu,iv,iwがiα,iβの2相
信号に変換される。The detection signals iu, iv, iw of the current detectors 3U, 3V, 3W are applied to the three-phase / two-phase converter 31, and the AC signals iu, iv, iw are converted into two-phase signals iα, iβ.
該信号iα,iβは座標変換器32に加えられ、発振器12の
正弦波信号に基づいて、信号iα,iβを誘導起電力に対
して、90°遅れた成分と同位相成分とに変換し、各信号
id,iqを出力する。The signals iα, iβ are applied to the coordinate converter 32, and based on the sine wave signal of the oscillator 12, the signals iα, iβ are converted into a component delayed by 90 ° and an in-phase component with respect to the induced electromotive force, Each signal
Output i d and i q .
信号idは加算器33に、信号iqは加算器11及び関数発生器
38に加えられる。関数発生器38は前記信号iqに基づいて
すべり周波数信号ωsを出力する。加算器39は、信号ω
1*より前記信号ωsを減算し、誘導電動機2の回転速
度の推定値 を出力し、加算器7に加えられる。The signal i d is added to the adder 33, and the signal i q is added to the adder 11 and the function generator.
Added to 38. The function generator 38 outputs the slip frequency signal ωs based on the signal i q . The adder 39 outputs the signal ω
Estimated value of the rotation speed of the induction motor 2 by subtracting the signal ωs from 1 * Is output to the adder 7.
励磁電流指令回路13は電動機の励磁電流指令id*を出力
する。信号id*は誘導起電力演算器14と加算器33及び係
数器40に加えられる。加算器33は前記id*とidとの偏差
を出力し、それは、電流偏差増幅器34に加えられる。該
増幅器34は前記偏差に応じて電圧指令信号vd*を出力し
その出力は加算器41に加えられる。係数器40は信号id*
をk倍して出力する。係数器40の出力信号kid*は加算
器41に加えられ、そこで、電流偏差増幅器34の出力信号
vd*と加算し、新しい電圧指令信号vd **を出力し、それ
を加算器28に加える。The exciting current command circuit 13 outputs an exciting current command i d * for the motor. The signal i d * is applied to the induced electromotive force calculator 14, the adder 33 and the coefficient unit 40. The adder 33 outputs the deviation between said i d * and i d , which is added to the current deviation amplifier 34. The amplifier 34 outputs a voltage command signal v d * according to the deviation, and the output is added to the adder 41. The coefficient unit 40 outputs the signal i d *
Is multiplied by k and output. The output signal ki d * of the coefficient unit 40 is applied to the adder 41, where the output signal of the current deviation amplifier 34.
Add a new voltage command signal v d ** to v d * and add it to adder 28.
係数器29は信号iq*をk倍して出力する。係数器29の出
力信号kiq*は加算器30に加えられ、そこで誘導起電力
演算器14の出力信号vq*とを加算し、新しい電圧指令信
号vq **を出力し、それを加算機15に加える。ここで、加
算機15,28に加える信号Δvd*及びΔvq*については後
述する。座標変換器18において発振器12の正弦波信号に
基づいて、加算器28の出力信号vd ***と加算器15の出力
信号Δvq ***を、回転磁界座標から固定子座標に変換
し、2相交流信号vα*,vβ*を出力する。信号vα
*,vβ*は2相−3相変換器19に加えられ、周波数が周
波数指令信号ω1*に比例した120°位相差の電圧指令
信号vu*,vv*,vw*が取り出される。信号vu*,v
v*、vw*はそれぞれスイッチ回路20に加えられる。The coefficient unit 29 multiplies the signal i q * by k and outputs it. The output signal ki q * of the coefficient unit 29 is added to the adder 30, where it is added to the output signal v q * of the induced electromotive force calculator 14 to output a new voltage command signal v q ** , which is added. Add to machine 15. Here, the signals Δv d * and Δv q * applied to the adders 15 and 28 will be described later. The coordinate converter 18 converts the output signal v d *** of the adder 28 and the output signal Δv q *** of the adder 15 from the rotating magnetic field coordinates to the stator coordinates based on the sine wave signal of the oscillator 12. Two-phase AC signals vα * and vβ * are output. Signal vα
*, Vβ * is added to the 2-phase / 3-phase converter 19, and the voltage command signals v u *, v v *, v w * whose frequency is 120 ° phase difference proportional to the frequency command signal ω 1 * are taken out. . Signal v u *, v
v *, v w * is applied to each switch circuit 20.
スイッチ回路20の出力信号はそれぞれ比較器24U,24V,24
Wに加えられ、発振器25からのパルス幅変調制御のため
の搬送波信号と比較される。そして、PWMインバータ1
を構成するスイッチング素子をオン,オフするためのパ
ルス幅変調パルス(PWMパルス)を発生する。ゲート回
路26は比較器24U,24V,24Wの出力パルスに応じてスイッ
チング素子にゲート信号を与える。以上がベクトル制御
に関係した構成である。The output signals of the switch circuit 20 are comparators 24U, 24V, 24
W is added to and compared with the carrier signal from the oscillator 25 for pulse width modulation control. And PWM inverter 1
It generates pulse width modulation pulses (PWM pulses) to turn on and off the switching elements that make up the. The gate circuit 26 gives a gate signal to the switching element according to the output pulses of the comparators 24U, 24V, 24W. The above is the configuration related to vector control.
次に本発明に関係するインバータの電圧降下を補償する
構成要素について述べる。Next, the components for compensating the voltage drop of the inverter related to the present invention will be described.
関数発生器4U,4V,4Wは、電流検出器3U,3V,3Wの出力信号
の大きさと極性に応じてインバータの電圧降下と電動機
巻線及び配線の抵抗降下に関係した信号Δvu*,Δv
v*,Δω*,を出力する。該信号は3相−2相変換器1
6に加えられ、Δvα*,Δvβ*の2相信号に変換さ
れる。信号Δvα*,Δvβ*は座標変換器17に加えら
れ、発振器12の正弦波信号に基づいて、信号Δvα*,
Δvβ*を誘導起電力に対して90°遅れた成分と同位相
成分とに変換し、信号Δvd*,Δvq*を出力する。加算
器15は加算器30の出力信号vq **と前記信号vq*とを加算
し、新しい電圧指令信号vq ***を出力する。加算器28は
信号vd **と前記信号Δvd*を加算し、新しい電圧指令信
号vd ***を出力する。The function generators 4U, 4V, 4W generate signals Δv u *, Δv related to the voltage drop of the inverter and the resistance drop of the motor winding and wiring according to the magnitude and polarity of the output signals of the current detectors 3U, 3V, 3W.
Outputs v * and Δω *. The signal is a 3-phase to 2-phase converter 1
It is added to 6 and converted into a two-phase signal of Δvα * and Δvβ *. The signals Δvα *, Δvβ * are applied to the coordinate converter 17, and based on the sine wave signal of the oscillator 12, the signals Δvα *,
Δvβ * is converted into a component delayed by 90 ° with respect to the induced electromotive force and an in-phase component, and signals Δv d * and Δv q * are output. The adder 15 adds the output signal v q ** of the adder 30 and the signal v q *, and outputs a new voltage command signal v q *** . The adder 28 adds the signal v d ** and the signal Δv d * and outputs a new voltage command signal v d *** .
先述したように、第1図は速度センサを使わないベクト
ル制御装置への本発明の適用例である。先ずベクトル制
御の動作について簡単に述べる。電流検出器3U〜3Wにて
検出した出力電流iu〜iwは3相−2相変換器31において
2相信号iα,iβに変換され、さらに座標変換器32にお
いて発振器12からの位相基準信号と乗算され、各電流成
分信号id及びiqが検出される。関係式は以下である。As described above, FIG. 1 shows an example of application of the present invention to a vector control device that does not use a speed sensor. First, the operation of vector control will be briefly described. The output currents i u to i w detected by the current detectors 3U to 3W are converted into two-phase signals iα and iβ in the three-phase to two-phase converter 31, and further the phase reference signal from the oscillator 12 in the coordinate converter 32. And the respective current component signals i d and i q are detected. The relational expression is as follows.
ここに、cosw1t及びsinw1tは位相基準信号であり、−
sinw1tは電動機U相の誘導起電力に位相が一致する。i
dは各相の誘導起電力に対して90度位相遅れの各相電流
成分の和であり、電動機の励磁電流に相当する。一方、
iqは誘導起電力に同相な電流成分であり、電動機のトル
ク電流(電動機2次電流に比例)に相当する。 Where cosw 1 t and sinw 1 t are phase reference signals,
The phase of sinw 1 t matches the induced electromotive force of the U phase of the electric motor. i
d is the sum of the current components of each phase with a phase delay of 90 degrees with respect to the induced electromotive force of each phase, and corresponds to the exciting current of the motor. on the other hand,
i q is a current component in phase with the induced electromotive force, and corresponds to the torque current of the electric motor (proportional to the secondary electric current of the electric motor).
指令回路13からの励磁電流指令id*と信号idの偏差が増
幅器34において増幅され、電圧指令vd*が取り出され、
これに応じて電動機のd軸電圧vd(誘導起電力に直交な
電圧成分)が制御され、結果としてidがid*に一致す
る。The deviation between the excitation current command i d * and the signal i d from the command circuit 13 is amplified in the amplifier 34, and the voltage command v d * is extracted,
In accordance with this, the d-axis voltage v d (voltage component orthogonal to the induced electromotive force) of the electric motor is controlled, and as a result, i d matches i d *.
一方、電動機のトルク、すべり周波数及び電流成分iqは
互いに比例関係があるため、すべり演算器38において信
号iqに基づいてすべり周波数ωsを推定する。加算器39
において周波数指令信号ω*からすべり推定信号ωsを
引算し速度推定信号 が検出される。速度指令信号ωr*と信号 の偏差が増巾器9において増巾され、トルク電流指令iq
*が取り出される。さらに増巾器35においてiq*とiqの
偏差が増巾され、その出力信号Δωに応じて周波数指令
ω1*が決定される。このとき、iqがiq*に比べ小であ
ればω1*が上昇し、すべり周波数が増加方向に変化し
てiqは増加する。以上の逆は全く逆の動作が行われ、iq
はiq*に一致するように制御される。On the other hand, since the torque, the slip frequency and the current component i q of the electric motor are proportional to each other, the slip calculator 38 estimates the slip frequency ωs based on the signal i q . Adder 39
, The slip estimation signal ωs is subtracted from the frequency command signal ω * to obtain the velocity estimation signal Is detected. Speed command signal ω r * and signal Of the torque current command i q
* Is taken out. Further, the deviation between i q * and i q is increased in the amplifier 35, and the frequency command ω 1 * is determined according to the output signal Δω. At this time, if i q is smaller than i q *, ω 1 * increases, the slip frequency changes in the increasing direction, and i q increases. The reverse operation is performed in the opposite way, i q
Is controlled to match i q *.
また、信号ω1*とid*が乗算され電圧指令vq*が取り
出され、これに応じて電動機のq軸電圧vq(誘導起電力
に同相な電圧成分)が制御され、結果として誘導起電力
と周波数の比が一定と(磁束一定)となるように制御さ
れる。Further, the signal ω 1 * and i d * are multiplied to obtain the voltage command v q *, and the q-axis voltage v q (the voltage component in phase with the induced electromotive force) of the motor is controlled accordingly, resulting in induction. It is controlled so that the ratio of electromotive force and frequency is constant (constant magnetic flux).
以上のようにして、励磁電流指令id*に応じて電動機磁
束が所定値に、またトルク電流指令iq*に応じてすべり
周波数及びトルクが制御される。このように、本制御装
置においては各電流指令id*,iq*及び電流成分検出信
号id及びiqに基づいて電圧指令vd*及びvq*を演算し、
これを座標変換器18及び2相−3相変換器19により固定
子座標量(3相交流)に変換し、インバータ出力電圧の
瞬時値指令vu*〜vw*を演算し、これに比例するように
インバータ出力電圧を制御する。As described above, the magnetic flux of the motor is controlled to a predetermined value according to the exciting current command i d *, and the slip frequency and the torque are controlled according to the torque current command i q *. As described above, in the present control device, the voltage commands v d * and v q * are calculated based on the current commands i d *, i q * and the current component detection signals i d and i q ,
This is converted into a stator coordinate amount (three-phase AC) by the coordinate converter 18 and the two-phase to three-phase converter 19, and the instantaneous value command v u * to v w * of the inverter output voltage is calculated and proportional to this. To control the inverter output voltage.
ここで、1つの問題が存在する。すなわち、電圧指令vU
*〜vw*と実際の出力電圧の関係は後述する理由から非
線形特性を有するため、電圧指令通り出力電圧を制御で
きずベクトル制御が満足に行えない。なぜなら、上述よ
り電圧指令vd*,vq*と実際の電動機電圧vd,vqが一致
せず本来は一致すべき誘導起電力と発振器12の位相基準
信号の位相が一致しなくなる結果、信号id,iqの検出及
び前述した制御動作が不確実となり、ベクトル制御の特
長である高速応答で安定な運転が行えない。Here, there is one problem. That is, the voltage command v U
Since the relationship between * to v w * and the actual output voltage has a non-linear characteristic for the reason described later, the output voltage cannot be controlled according to the voltage command and vector control cannot be performed satisfactorily. Because, from the above, the voltage commands v d *, v q * and the actual motor voltage v d , v q do not match, and as a result, the induced electromotive force that should originally match and the phase of the phase reference signal of the oscillator 12 do not match, The detection of the signals i d and i q and the control operation described above become uncertain, and stable operation cannot be performed with the high-speed response that is a feature of vector control.
前述した非線形特性の原因について次に述べる。The cause of the above-mentioned non-linear characteristic will be described below.
インバータ1を構成するスイッチング素子にはターンオ
フに時間遅れがあり、それによる正側、負側アームの短
絡を防止するために、PWMパルスに基づいたゲート信号
には、第2図(b),(c)に図示する破線で示した時
間tdのオンデレイ(デッドタイム)を設ける。通常オン
デレイ時間tdはスイッチング素子のターンオフ時間の2
〜3倍に設定される。今、このオンデレイ時間tdを無視
してU−V相間の線間電圧(=EU-N−EV-N)を求める
と、第2図(d)の実線で示す波形となる。次に、オン
デレイ時間tdを考慮してU−V相間の線間電圧を求め
る。インバータ1の出力電流がインバータ1から電動機
2へ流込む方向を正極性とする。いまU相電流を正,V相
電流を負と仮定すると、U相では、オンデレイ期間は、
電流が負側アームのスイッチング素子に逆並列に設けら
れたダイオードを介して流れる。このため、オンデレイ
期間のU間の電位は−となる。一方、電流が負に流れて
いるV相では、オンデレイ期間は、電流が正側アームの
ダイオードを介して流れる。このため、オンデレイ期間
のV相の電位は+となる。以上より、オンデレイ時間を
考慮したU相,V相は第2図(e),(f)のようにな
る。これより、U−V相間の線間電圧(=Vu-n−Vv-n)
は第2図(d)の破線で示す波形(ハッチングを施した
部分)となり、オンデレイ時間を無視した場合の実線の
波形に比べ面積が小さい。The switching element forming the inverter 1 has a time delay in turn-off, and in order to prevent a short circuit of the positive side arm and the negative side arm due to it, the gate signal based on the PWM pulse includes a signal shown in FIG. An on-delay (dead time) of time t d shown by the broken line in FIG. Normally, the on-delay time t d is the turn-off time of the switching element, which is 2
It is set to 3 times. Now, when the line voltage (= E UN −E VN ) between the U and V phases is calculated by ignoring the on-delay time t d , the waveform shown by the solid line in FIG. 2D is obtained. Next, determine the line voltage U-V phases considering the Onderei time t d. The direction in which the output current of the inverter 1 flows from the inverter 1 into the electric motor 2 has a positive polarity. Assuming that the U-phase current is positive and the V-phase current is negative, the on-delay period is
Current flows through the diode provided in anti-parallel to the switching element of the negative arm. Therefore, the potential between U during the on-delay period becomes negative. On the other hand, in the V-phase in which the current flows negatively, the current flows through the diode in the positive arm during the on-delay period. Therefore, the V-phase potential during the on-delay period becomes +. From the above, the U phase and V phase considering the on-delay time are as shown in FIGS. 2 (e) and 2 (f). From this, the line voltage between the U and V phases (= V un −V vn )
Shows the waveform (hatched portion) shown by the broken line in FIG. 2D, and the area is smaller than the waveform of the solid line when the on-delay time is ignored.
また、スイッチング素子のターンオフ時間はスイッチン
グ素子を流れる電流(インバータ1の出力電流)の大き
さによって変化することが知られている。従って、オン
デレイ期間中における正側,負側アームのスイッチング
素子が同時にオフする期間は、インバータ1の出力電流
の大きさによって変化する。すなわち、第2図(d)の
オンデレイ時間を考慮した破線の波形のハッチング部分
の大きさは、インバータ1の出力電流の大きさに応じて
変化する。Further, it is known that the turn-off time of the switching element changes depending on the magnitude of the current flowing through the switching element (output current of the inverter 1). Therefore, the period during which the switching elements of the positive and negative arms are simultaneously turned off during the on-delay period varies depending on the magnitude of the output current of the inverter 1. That is, the size of the hatched portion of the waveform of the broken line in consideration of the on-delay time in FIG. 2D changes according to the size of the output current of the inverter 1.
以上のようにオンデレイによる電圧降下は、スイッチン
グ素子のオンオフ周期毎に生じるものであり、PWMスイ
ッチング周波数がインバータ出力周波数に比べ十分に高
ければ、電圧降下(基本波成分)の位相はインバータ出
力電流と同位相であり、この点において抵抗降下に同様
である。As described above, the voltage drop due to on-delay occurs at every on-off cycle of the switching element. If the PWM switching frequency is sufficiently higher than the inverter output frequency, the phase of the voltage drop (fundamental wave component) is the inverter output current. They are in phase, and are similar to the resistance drop in this respect.
一方、電圧降下の大きさは出力電流に対し非線形であ
る。その特性は次のようにして測定できる。On the other hand, the magnitude of the voltage drop is non-linear with respect to the output current. The characteristic can be measured as follows.
いま、各相電圧指令信号vu*〜vw*をvu*=vdc* vv
*=−vdc*,vw*=0と設定し、インバータより電動
機に直流電流を流した場合における電動機の等価回路を
第3図に示す。ここに、Eは前述したインバータの電圧
降下、Rは電動機巻線及びインバータと電動機間の配線
ケーブルの抵抗である。このとき、電圧指令vdc*とイ
ンバータ出力電流idc(直流)の関係は次式にて示され
る。Now, the voltage command signals v u * to v w * for each phase are v u * = v dc * v v
Fig. 3 shows the equivalent circuit of the motor when * =-v dc *, v w * = 0 is set and a direct current is passed from the inverter to the motor. Here, E is the voltage drop of the above-mentioned inverter, and R is the resistance of the motor winding and the wiring cable between the inverter and the motor. At this time, the relationship between the voltage command v dc * and the inverter output current i dc (direct current) is expressed by the following equation.
vdc*=Ridc+E(idc) すなわち、vdc*よりRidcとEを測定できる。ここで、
Rが既知であれば、RidcとEの分離が可能である。電圧
降下の測定結果の一例を第4図に示す。図示より電圧降
下の大きさは出力電流に対して非線形であり、そのため
出力電流が交流である場合には電圧降下は高調波成分を
含むようになる。v dc * = Ri dc + E (i dc ) That is, Ri dc and E can be measured from v dc *. here,
If R is known, Ri dc and E can be separated. An example of the measurement result of the voltage drop is shown in FIG. As shown in the figure, the magnitude of the voltage drop is non-linear with respect to the output current, so that when the output current is an alternating current, the voltage drop includes a harmonic component.
そこで、予め電圧降下E及び抵抗降下Riを測定してお
き、その特性を関数発生器(メモリ)4U〜4Wに設定し、
それよりE及びRiを出力電流に応じて取り出し、各電圧
降下を補償するようにする部分が、関数発生器4U〜4W、
3相−2相変換器16、座標変換器17及び加算器15,28で
ある。すなわち、上述した構成において電圧降下信号Δ
vu*〜Δvw*を2相信号Δvα*,Δvβ*に変換し、
さらに回転磁界座標量Δvd*,Δvq*に変換して加算器
15,28に加え、vd*及びvq*(vq **)を修正しvd **及びv
q ***を取り出す。以上のようにして各電圧降下を予想し
電圧降下を補償するため、電動機の誘導起電力を電圧指
令vd*及びvq*(vq **)に一致するように制御できる。Therefore, the voltage drop E and the resistance drop Ri are measured in advance, and the characteristics are set in the function generator (memory) 4U to 4W,
From that, E and Ri are taken out according to the output current, and the part for compensating each voltage drop is the function generators 4U-4W,
A three-phase / two-phase converter 16, a coordinate converter 17, and adders 15 and 28. That is, in the configuration described above, the voltage drop signal Δ
Convert vu * to Δvw * into two-phase signals Δvα * and Δvβ *,
Furthermore, the rotating magnetic field coordinate quantities Δv d *, Δv q * are converted to adders.
In addition to the 15, 28, v d * and v q * (v q **) Fix v d ** and v
q Take out *** . Since each voltage drop is predicted and the voltage drop is compensated as described above, the induced electromotive force of the motor can be controlled so as to match the voltage commands v d * and v q * (v q ** ).
ところで、関数発生器の入出力特性としてインバータの
電圧降下E及び抵抗降下Riでの和を設定すれば、両電圧
降下を補償できるが、インバータのスイッチング素子の
正側の負側の不平衡動作により生じるインバータ出力電
圧直流分による出力電流の直流分の発生を抑制すること
ができない。そのため出力電流に関係した量をE及びRi
の和から引算し、それに基づいて補償することが良い場
合がある。すなわち、関数発生器4U〜4Wの内容を一例と
して次式に従い設定する。By the way, if the sum of the voltage drop E and the resistance drop Ri of the inverter is set as the input / output characteristic of the function generator, both voltage drops can be compensated, but due to the unbalanced operation of the positive side and the negative side of the switching element of the inverter. It is not possible to suppress the generation of the DC component of the output current due to the generated DC component of the inverter output voltage. Therefore, the quantities related to the output current are E and Ri.
It may be better to subtract from the sum of and compensate based on it. That is, the contents of the function generators 4U to 4W are set according to the following equation as an example.
関数発生器の出力=(R−k)i+E ここに、kiは上述した出力電流に関係した量である。な
お、この値はiに比例である必要はなく、iに関係した
量であれば同様の効果がある。Output of function generator = (R−k) i + E where ki is a quantity related to the output current described above. Note that this value does not have to be proportional to i, and a similar effect can be obtained as long as it is an amount related to i.
また、インバータ1の出力電流に比例する抵抗降下成分
は、係数器40と係数器29においてゲインK(=R+k)
が乗ぜられ、加算器41,30に加えられる。このようにす
ると、インバータ1のオンデレイ時間による電圧低下及
び誘導電動機2の巻線抵抗と配線抵抗による電圧低下分
を含めて補償できるので、誘導電動機2の誘導起電力は
誘導起電力演算器14の出力信号vq*と良く一致する。そ
の結果、前述した制御性能の劣化を防止することができ
る。Further, the resistance drop component proportional to the output current of the inverter 1 is gain K (= R + k) in the coefficient unit 40 and the coefficient unit 29.
Is added and added to the adders 41 and 30. By doing so, the voltage drop due to the on-delay time of the inverter 1 and the voltage drop due to the winding resistance and the wiring resistance of the induction motor 2 can be compensated for, so that the induced electromotive force of the induction motor 2 is calculated by the induction electromotive force calculator 14. It matches well with the output signal v q *. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the control performance described above.
次に、関数発生器の内容を自動設定する方法について述
べる。Next, a method for automatically setting the contents of the function generator will be described.
インバータの電圧降下Eはインバータに固有であるが、
抵抗降下Riは接続される電動機及び配線の抵抗により変
化する。したがって、それに応じて関数発生器4U〜4Wの
内容を設定する必要があるがはん雑である。そこで、こ
れら電圧降下を自動測定し関数発生器の内容を自動設定
する方法について述べる。The voltage drop E of the inverter is peculiar to the inverter,
The resistance drop Ri changes depending on the resistance of the connected motor and wiring. Therefore, it is necessary to set the contents of the function generators 4U to 4W accordingly, but it is complicated. Therefore, a method of automatically measuring these voltage drops and automatically setting the contents of the function generator will be described.
第1図に示す、21,22U〜22W、スイッチ回路20及びメー
タ5が関係の構成である。As shown in FIG. 1, 21,22U to 22W, the switch circuit 20, and the meter 5 are related components.
先ず、電動機の実運転に先立ちE及びRiを次のようにし
て測定する。すなわち、直流電圧指令器より直流電圧指
令vdc*を出力し、22U〜22Wにより各相の電圧指令vu*
〜vw*を各々、vu*=vdc*,vv*=−vdc*,vw*=0
に設定する。このときスイッチ回路20はa側に切換えら
れる。このとき、インバータから電流idcが流れるが、
その際のidcに対するvdc*を測定すれば第4図に示した
ようになる。この特性を関数発生器4U〜4Wに設定する。First, E and Ri are measured as follows prior to the actual operation of the electric motor. That is, the DC voltage command v DC * is output from the DC voltage commander, and the voltage command v u * of each phase is output from 22U to 22W.
~ V w * respectively, v u * = v dc *, v v * =-v dc *, v w * = 0
Set to. At this time, the switch circuit 20 is switched to the a side. At this time, the current i dc flows from the inverter,
If v dc * with respect to i dc at that time is measured, it becomes as shown in FIG. This characteristic is set in the function generators 4U to 4W.
実運転に際しては、スイッチ回路をb側に切替え、2相
−3相変換器19の出力信号vu*〜vw*に応じて出力電圧
を制御する。このとき、関数発生器4U〜4Wの信号Δvu*
〜Δvw*に応じて電圧降下が補償されることは前述した
通りである。なお前述したように、インバータ出力電流
の直流分の発生を防止するために、出力電流に関係した
量を前記測定結果より引算し、その特性を関数発生器に
設定することもできる。During actual operation, the switch circuit is switched to the b side, and the output voltage is controlled according to the output signals v u * to v w * of the 2-phase to 3-phase converter 19. At this time, the signal of the function generators 4U to 4W Δv u *
As described above, the voltage drop is compensated according to ˜Δv w *. As described above, in order to prevent the generation of the direct current component of the inverter output current, the amount related to the output current can be subtracted from the measurement result, and the characteristic can be set in the function generator.
なお、上述の実施例においては動作説明を解り易くする
ためアナログ回路にて発明したが、マイクロプロセッサ
を用いたディジタル制御ユニットに対しても本発明を適
用できることは明らかである。It should be noted that in the above-described embodiment, the invention is applied to the analog circuit in order to make the explanation of the operation easier to understand, but it is obvious that the present invention can be applied to a digital control unit using a microprocessor.
第5図は本発明の他の実施例である。第1図と同一物に
は同じ番号を付しているので説明を省略する。第1図と
異なる点は、関数発生器4U,4V,4Wの出力を交流の電圧指
令信号vu*、vv*,vw*に各々加算する点である。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The difference from FIG. 1 is that the outputs of the function generators 4U, 4V, 4W are added to the AC voltage command signals v u *, v v *, v w *, respectively.
2相−3相変換器19は周波数が周波数指令信号ω1*に
比例した120°位相差の電圧指令信号vu*,vv*,vw*
を出力する。電圧指令信号vu*,vv*、vωはそれぞれ
加算器40U,40V,40Wに加えられる。加算器40U,40V,40Wは
電圧指令信号vu*,vv*,vω*と関数発生器4U,4V,4Wの
出力信号Δvu*,Δvv*,Δvω*と図示の極性で加算
し、電圧指令信号vu **,vv **,vω**を出力する。電圧指
令信号vu **,vv **,vω**はそれぞれスイッチ回路20に
加えられる。The 2-phase to 3-phase converter 19 has a voltage command signal v u *, v v *, v w * having a phase difference of 120 ° whose frequency is proportional to the frequency command signal ω 1 *.
Is output. The voltage command signals v u *, v v *, and vω are added to the adders 40U, 40V, 40W, respectively. Adder 40U, 40V, 40W voltage command signal v u *, v v *, vω * a function generator 4U, 4V, the output signal of 4W Δv u *, Δv v * , added by polarity Derutabuiomega * and shown , Voltage command signals v u ** , v v ** , v ω ** are output. The voltage command signals v u ** , v v ** , and vω ** are applied to the switch circuit 20, respectively.
本実施例によれば、第1図の実施例と同様の効果が得ら
れると共に、第1図の実施例で必要であった変換器16,1
7を省略することができ、構成が簡単となる。According to this embodiment, the same effects as those of the embodiment of FIG. 1 can be obtained, and the converters 16 and 1 required in the embodiment of FIG.
7 can be omitted and the configuration becomes simple.
以上説明したように、本発明によれば、配線及び電動機
の一次抵抗の電圧降下並びに、オンデレイによるインバ
ータの内部電圧降下が補償されるので、低速低周波で安
定した制御が行える。また、インバータの出力電流の直
流分の発生が抑制されるので、トルクリプルが生じない
という効果が得られる。As described above, according to the present invention, the voltage drop of the primary resistance of the wiring and the motor and the internal voltage drop of the inverter due to the on-delay are compensated, so that stable control can be performed at low speed and low frequency. Further, since the generation of the direct current component of the output current of the inverter is suppressed, the effect that torque ripple does not occur can be obtained.
第1図は本発明の一実施例を示すPWMインバータ装置の
回路構成図、第2図はPWMインバータ装置の動作を説明
する動作波形図、第3図は本発明の動作原理を説明する
回路構成図、第4図は本発明の動作原理を説明する特性
曲線図、第5図は本発明の他の実施例を示すPWMインバ
ータ装置の回路構成図である。 1……インバータ、2……誘導電動機、3……電流検出
器、4……関数発生器。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a PWM inverter device showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the PWM inverter device, and FIG. 3 is a circuit configuration for explaining the operation principle of the present invention. 4 and 5 are characteristic curve diagrams for explaining the operation principle of the present invention, and FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a PWM inverter device showing another embodiment of the present invention. 1 ... Inverter, 2 ... Induction motor, 3 ... Current detector, 4 ... Function generator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 登 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−118082(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Noboru Fujimoto 4026 Kuji-machi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (56) References JP-A-60-118082 (JP, A)
Claims (1)
供給する電圧形インバータであって、該電圧形インバー
タの出力電圧を出力電圧指令に応じて制御する電圧形イ
ンバータの制御方法において、 前記インバータの出力電流を検出し、該出力電流検出値
に基づいて求めた前記インバータのオンデレイによる電
圧降下と、前記出力電流検出値に応じて求めた前記イン
バータを構成する主回路のブリッジ接続されたスイッチ
ング素子の正側アームと負側アームの不平衡動作により
生じるインバータ出力電圧直流分との和に応じて前記出
力電圧指令を修正することを特徴とする電圧形インバー
タの制御方法。1. A voltage source inverter for supplying an alternating current of variable voltage variable frequency to an AC motor, wherein the output voltage of the voltage source inverter is controlled according to an output voltage command. Output current of the inverter, the voltage drop due to the on-delay of the inverter obtained based on the output current detection value, and the bridge-connected switching element of the main circuit constituting the inverter obtained according to the output current detection value A method of controlling a voltage source inverter, wherein the output voltage command is corrected according to a sum of an inverter output voltage DC component generated by an unbalanced operation of the positive side arm and the negative side arm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61082961A JPH0785677B2 (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Control method of voltage source inverter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61082961A JPH0785677B2 (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Control method of voltage source inverter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62239897A JPS62239897A (en) | 1987-10-20 |
| JPH0785677B2 true JPH0785677B2 (en) | 1995-09-13 |
Family
ID=13788819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61082961A Expired - Lifetime JPH0785677B2 (en) | 1986-04-10 | 1986-04-10 | Control method of voltage source inverter |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0785677B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP5621977B2 (en) * | 2010-11-29 | 2014-11-12 | ミネベア株式会社 | 3-phase motor drive controller |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60118082A (en) * | 1983-11-29 | 1985-06-25 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | Vector controller of induction motor |
-
1986
- 1986-04-10 JP JP61082961A patent/JPH0785677B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS62239897A (en) | 1987-10-20 |
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