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JPH0810995B2 - Control method of pulse width modulation inverter - Google Patents
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JPH0810995B2 - Control method of pulse width modulation inverter - Google Patents

Control method of pulse width modulation inverter

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Publication number
JPH0810995B2
JPH0810995B2 JP3279170A JP27917091A JPH0810995B2 JP H0810995 B2 JPH0810995 B2 JP H0810995B2 JP 3279170 A JP3279170 A JP 3279170A JP 27917091 A JP27917091 A JP 27917091A JP H0810995 B2 JPH0810995 B2 JP H0810995B2
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pulse
inverter
pulses
voltage
output
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棚町  徳之助
中村  清
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はパルス幅変調インバータ
による誘導電動機の制御装置に係り、特にインバータ出
力電圧の3パルスと1パルス間のパルス数切換えを改良
した制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a controller for an induction motor using a pulse width modulation inverter, and more particularly to a controller for improving the switching of the number of pulses of the inverter output voltage between 3 pulses and 1 pulse.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の制御技術としては、特開
昭57−132772号公報,特開昭57−85583 号公報および特
公昭60−24670 号公報などが知られている。
2. Description of the Related Art Heretofore, as control techniques of this kind, Japanese Patent Laid-Open Nos. 57-132772, 57-85583 and 60-24670 are known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】特開昭57−132772号公
報には、可変電圧・可変周波数のパルス幅変調インバー
タにおいて、3パルスから1パルスに切換える時にイ
ンバータの出力電圧の変化量が大きいという問題、こ
の電圧の変化量を小さくするための3パルスでの位相制
御と、この位相制御により生じる1パルスへの切換え時
のインバータ出力電圧の基本波の位相ずれをなくする制
御方式が示されている。しかし、この制御方式は、制御
が複雑となり、また3パルスでの位相制御時には、その
図11から分るように、インバータ出力電圧の基本波の
位相も変化するという問題がある。また、特開昭57−85
583 号公報には、2つの正弦波と三角波の比較による変
調手段が開示されているが、その図6から分るように、
切換え時にインバータ出力電圧(図6(f))の基本波に
位相ずれが生じるという問題がある。また、図6(b)
のθ(図1のサイリスタ1と4に図6のゲート信号(b)
と(c)がない期間)において、ゲート信号(b)がなく
なっても、モータ電流はモータのインダクタンス作用に
より直ちに0にならないので、モータ電流はゲート信号
(c)がなくてもサイリスタ4(図示されていないが、
通常は逆並列接続されているダイオード)を通じて環流
する。これはサイリスタ4にゲート信号(c)が与えら
れたことになり、インバータ出力電圧は図6(f)とな
らない。すなわち、3パルス時のインバータ出力電圧と
同じ大きさの1パルス時のインバータ出力電圧を前もっ
て算定することは非常にむずかしいという問題がある。
In Japanese Patent Laid-Open No. 57-132772, there is a large amount of change in the output voltage of the inverter when switching from 3 pulses to 1 pulse in a variable voltage / variable frequency pulse width modulation inverter. The problem is that a phase control with three pulses to reduce the amount of change in this voltage and a control method that eliminates the phase shift of the fundamental wave of the inverter output voltage when switching to one pulse caused by this phase control are shown. There is. However, this control method has a problem that the control is complicated and that the phase of the fundamental wave of the inverter output voltage changes when the phase control is performed with three pulses, as can be seen from FIG. In addition, JP-A-57-85
Japanese Patent No. 583 discloses a modulation means by comparing two sine waves and a triangular wave. As can be seen from FIG.
There is a problem that a phase shift occurs in the fundamental wave of the inverter output voltage (FIG. 6 (f)) at the time of switching. Also, FIG. 6 (b)
Θ (gate signal (b) of FIG. 6 to thyristors 1 and 4 of FIG. 1)
Even if the gate signal (b) disappears during the period (and (c) is absent), the motor current does not immediately become 0 due to the inductance action of the motor. But not
It usually circulates through a diode that is connected in antiparallel. This means that the gate signal (c) is given to the thyristor 4, and the inverter output voltage does not become as shown in FIG. 6 (f). That is, there is a problem that it is very difficult to calculate in advance the inverter output voltage for one pulse, which has the same magnitude as the inverter output voltage for three pulses.

【0004】一方、特公昭60−24670 号公報には電流形
インバータで、基本周波数の半サイクル毎に多パルス電
流とすることが開示されている。この公報図1の符号1
は「電流制御可能な直流電源」であり、電動機電流とそ
の基準値を比較し、その偏差で出力電圧を調整できるコ
ンバータが用いられる。その図4および図5は高調波の
含有率の比較を行ったもので、パルスを分割して多パル
スとした方が、高調波が小さくなることを述べている。
従って、図4の「特定の」1つのパルス数が選択され、
電流制御はコンバータの出力電圧で調整される結果、図
5の電流の波高値が変化して、電流平均値が調整され
る。ここには、インバータの出力電圧や周波数制御を行
う過程で、半サイクル中に含まれる出力電圧パルス数を
切換える技術思想はない。しかし、インバータにより誘
導電動機を駆動する際、現実には、GTOやトランジス
タのスイッチング時間の関係上、どうしても、パルス数
の切換えが必要である。
On the other hand, Japanese Examined Patent Publication No. 60-24670 discloses that a current source inverter has a multi-pulse current every half cycle of the fundamental frequency. Reference numeral 1 in FIG. 1 of this publication
Is a "DC power source capable of controlling current", and a converter that can compare the motor current with its reference value and adjust the output voltage by the deviation is used. FIG. 4 and FIG. 5 compare the content ratios of harmonics, and it is stated that the harmonics become smaller when the pulse is divided into multiple pulses.
Therefore, one “specific” number of pulses in FIG. 4 is selected,
As a result of the current control being adjusted by the output voltage of the converter, the peak value of the current in FIG. 5 changes and the current average value is adjusted. Here, there is no technical idea of switching the number of output voltage pulses included in a half cycle in the process of controlling the output voltage and frequency of the inverter. However, when the induction motor is driven by the inverter, it is necessary to actually switch the number of pulses due to the switching time of the GTO and the transistor.

【0005】本発明の目的は、3パルスと1パルスのパ
ルス数切換え時に、インバータ出力電圧の変化量が小さ
く、かつインバータ出力電圧の基本波の位相ずれも生じ
ない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 in which the change amount of the inverter output voltage is small and the phase shift of the fundamental wave of the inverter output voltage does not occur when the number of pulses of 3 pulses and 1 pulse is switched. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電圧を入
力し、可変周波数の交流出力電圧を発生する複数のスイ
ッチング素子(UP,VP,WP,UN,VN,WN)
からなるインバータが、交流出力電圧の基本波の大きさ
と周波数を決定する変調波と搬送波を比較して前記スイ
ッチング素子のゲート信号を発生し、それによって前記
インバータを PWM動作させる変調手段(5)を有する
ものであって、 交流出力電圧の半サイクル内の電圧パル
ス数により定義されるPWM制御のパルスモードを、交
流出力電圧の電気角にして120°の期間内に3つの電
圧パルスが存在する第1の3パルスモードから、交流出
力電圧の電気角にして120°期間の中央に位置する1
つのパルスと該120°の期間の両外側に対照的に位置
する2つのサイドパルスからなる第2の3パルスモード
を介して、交流出力電圧の半サイクル内に単一の電圧パ
ルスのみを含む1パルスモードヘ切換えるパルス幅変調
インバータの制御方法において、 前記第1の3パルスモ
ードから前記第2の3パルスモードへの切換えは、前記
第1の3パルスモードでの交流出力電圧の電圧パルスの
幅θ°が、スイッチング素子に必要な最小消弧期間θ
min °にほぼ等しくなった時点で行うようにしたことを
特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention applies a DC voltage.
Input to generate a variable frequency AC output voltage.
Touching element (UP, VP, WP, UN, VN, WN)
The inverter consists of the magnitude of the fundamental wave of the AC output voltage.
The carrier wave is compared with the modulated wave that determines the frequency.
Generating a gate signal for the switching element, thereby
It has a modulation means (5) for operating the inverter in PWM
It is one, the voltage pulse in a half cycle of the AC output voltage
The pulse mode of PWM control defined by the
Within the period of 120 ° in terms of electrical angle of the flow output voltage,
AC output from the first 3-pulse mode in which pressure pulse exists
Positioned in the center of 120 ° period in terms of electrical angle of force voltage 1
Positioned in contrast to one pulse and both sides of the 120 ° period
Second 3-pulse mode consisting of two side pulses
Through a single voltage pattern within a half cycle of the AC output voltage.
Pulse width modulation to switch to 1-pulse mode including only pulse
In the inverter control method, the first three-pulse mode is used.
Mode to the second 3-pulse mode,
Of the voltage pulse of the AC output voltage in the first 3-pulse mode
The width θ ° is the minimum arc extinction period θ required for the switching element.
It is characterized in that it is performed at the time when it becomes almost equal to min ° .

【0007】[0007]

【作用】これにより、両側の2つのパルス幅と、これら
のパルスと中央のパルスとの間の空白部の幅とを適当に
調整することにより、3パルスモードでの出力電圧平均
値を1パルスモードのそれと一致させることが可能とな
り、パルス数切換時の電圧跳躍と位相のずれをなくすこ
とができる。
With this, by appropriately adjusting the two pulse widths on both sides and the width of the blank portion between these pulses and the central pulse, the average output voltage in the 3-pulse mode is 1 pulse. It is possible to match that of the mode, and it is possible to eliminate voltage jump and phase shift when switching the number of pulses.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の一実施例を示すパルス幅変調
インバータによる誘導電動機の制御装置の回路構成であ
って、1は直流電源、2はサイクリスタ等の制御スイッ
チング素子UP〜WNからなるパルス幅変調インバー
タ、3は誘導電動機、5は搬送波発生手段51,変調波
発生手段52,比較手段53及びパルス数切換え手段5
4からなる変調回路で、この変調回路5の出力により、
ゲート信号処理回路4を介して、所定の順序でインバー
タ2の制御スイッチング素子UP〜WNのオン・オフ動
作を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit configuration of an induction motor control device using a pulse width modulation inverter according to an embodiment of the present invention, in which 1 is a DC power source and 2 is a control switching element UP to WN such as a cyclistor. Pulse width modulation inverter, 3 is an induction motor, 5 is carrier wave generating means 51, modulated wave generating means 52, comparing means 53 and pulse number switching means 5
The output of this modulation circuit 5 is
Through the gate signal processing circuit 4, the control switching elements UP to WN of the inverter 2 are turned on / off in a predetermined order.

【0009】図1において、誘導電動機3の回転周波数
n を検出回路6で検出し、これにすべり周波数f
S を、加減算回路9で力行時には加算し、回生時には減
算する。これがインバータ2の出力周波数f(=fn±
S)となる。すべり周波数fS は誘導電動機3の電流
を検出回路7で検出した値IM とその指令値IP を比較
して、その偏差により、すべり周波数制御回路8を介し
て制御する。
In FIG. 1, the rotation frequency f n of the induction motor 3 is detected by the detection circuit 6 and the slip frequency f n is detected.
S is added by the adder / subtractor circuit 9 during power running, and subtracted during regeneration. This is the output frequency f (= f n ± of the inverter 2
f S ). The slip frequency f S is controlled via the slip frequency control circuit 8 by comparing the command value I P with the value I M detected by the detection circuit 7 for the current of the induction motor 3 and the deviation thereof.

【0010】一方、変調回路5では、加減算回路9の出
力を受けて、搬送波発生手段51の中の511は通常図
2(A)の(イ)の三角波を発生し、また変調波発生手
段52の中の521は通常図2(A)の(ロ),(ハ),
(ニ)のU,V,W相の正弦波を発生し、この正弦波と
三角波を比較手段53で比較して、図2(B)のような
制御スイッチング素子UP,VP,WP用パルスを出力
する。(図2(B)の反転したものが制御スイッチング
素子UN,VN,WN用パルスとなる)。このときのイ
ンバータ2の出力電圧(U−V間)波形は図2(C)と
なる。そして、インバータ2の出力電圧は、図2(B)
の幅θ°つまり図2(A)の正弦波の波高値を変化させ
ることにより制御し、またインバータ2の出力周波数f
の半サイクルに含まれるインバータ2の出力電圧のパル
ス数(図2では3パルス)は、図2(A)の三角波と正
弦波の周波数比つまり三角波の周波数をパルス数切換え
手段54で切換えることにより制御する。このパルス数
はインバータ2の出力周波数fに対して、パルス数切換
え手段54により例えば図3のように、27−15−9
−5−3(図3(イ))と切換え、またインバータ2の出
力電圧VM はインバータ2の出力周波数fに対して、図
3のように連続となるように変調率演算回路10で、図
2(A)の正弦波の波高値/三角波の波高値の比つまり変
調率VC を演算して、正弦波の波高値を制御する。
On the other hand, in the modulation circuit 5, in response to the output of the adder / subtractor circuit 9, 511 in the carrier wave generating means 51 normally generates the triangular wave shown in (a) of FIG. 2A, and the modulating wave generating means 52. 521 in FIG. 2 is usually (b), (c) in FIG.
A sine wave of U, V, and W phases in (d) is generated, and the sine wave and the triangular wave are compared by the comparison means 53 to obtain control switching elements UP, VP, and WP pulses as shown in FIG. 2B. Output. (The inverted version of FIG. 2B becomes the pulses for the control switching elements UN, VN, WN). The output voltage (between U and V) waveform of the inverter 2 at this time is as shown in FIG. The output voltage of the inverter 2 is shown in FIG.
Of the output frequency f of the inverter 2 by changing the width θ ° of the sine wave, that is, the peak value of the sine wave of FIG.
The number of pulses of the output voltage of the inverter 2 (three pulses in FIG. 2) included in the half cycle of is obtained by switching the frequency ratio of the triangular wave and the sine wave of FIG. Control. This pulse number is output to the output frequency f of the inverter 2 by the pulse number switching means 54, for example, as shown in FIG.
-5-3 (FIG. 3 (A)), and the output voltage V M of the inverter 2 is continuous with the output frequency f of the inverter 2 as shown in FIG. The crest value of the sine wave is controlled by calculating the ratio of the crest value of the sine wave / the crest value of the triangular wave in FIG. 2A, that is, the modulation factor V C.

【0011】ところで、インバータ2の出力電圧V
M を、インバータ2が出力し得る最大電圧まで高めるた
めに、図2の3パルス(図3(イ))から、図2(B)
の幅θ°が制御スイッチング素子UP〜WNに必要な最
小消弧期間θmin° に等しくなるインバータ2の出力周
波数のところで、図4のように1パルスに切換えると、
インバータ2の出力電圧VM は図4から容易にわかるよ
うに、図3の点線の如く急変する(この変化量について
後述する)。
By the way, the output voltage V of the inverter 2
In order to increase M to the maximum voltage that the inverter 2 can output, from the three pulses in FIG. 2 (FIG. 3A) to FIG.
When the output frequency of the inverter 2 at which the width θ ° of the inverter becomes equal to the minimum arc extinguishing period θ min ° required for the control switching elements UP to WN, switching to 1 pulse as shown in FIG.
The output voltage V M of the inverter 2 suddenly changes as shown by the dotted line in FIG. 3 as will be easily understood from FIG. 4 (the amount of change will be described later).

【0012】そこで、図2の3パルス(図3(イ))で、
図2の幅θ°が制御スイッチング素子UP〜WNに必要
な最小消弧期間θmin° に等しくなるインバータ2の出
力周波数のところで、パルス数切換え手段54により、
搬送波発生手段51の中の511から512に、また変
調発生手段52の中の521から522にそれぞれ切換
える。搬送波発生手段51の中の512は通常図5の
(A),(C),(E)のU,V,W相の逆台形波(上辺
幅が180°で、下辺幅が60°)を発生し、また変調
波発生手段52の中の522は通常図5の(A),
(C),(E)のU,V,W相の方形波を発生し、その
方形波と逆台形波を比較手段53で比較して、図5の
(B),(D),(F)のような制御スイッチング素子U
P,VP,WP用パルスを出力する(図5の(B),
(D),(F)の反転したものが制御スイッチング素子
UN,VN,WN用パルスとなる)。その結果、インバ
ータ2の出力電圧(U−V間)波形は図5(G)のよう
な、幅120°の中央に位置する1つのパルスと、幅1
20°の両外側に位置する2つのパルスとからなる3パ
ルスとなる。そのインバータ2の出力電圧は、インバー
タ2の出力周波数fに対して、図3となるように、図5
(B)の幅θ°つまり図5の(A),(C),(E)の方
形波の波高値を、変調率演算回路10の出力VC で変化
させることにより制御する(図3(ロ))。
Therefore, with the three pulses in FIG. 2 (FIG. 3A),
At the output frequency of the inverter 2 where the width θ ° in FIG. 2 becomes equal to the minimum arc extinguishing period θ min ° required for the control switching elements UP to WN, the pulse number switching means 54 is used.
Switching is made from 511 to 512 in the carrier wave generating means 51 and from 521 to 522 in the modulation generating means 52. 512 in the carrier wave generating means 51 is usually an inverted trapezoidal wave of U, V and W phases (upper side width is 180 °, lower side width is 60 °) of FIGS. 5 (A), 5 (C) and 5 (E). 522 in the modulated wave generating means 52 is normally generated (A) in FIG.
Square waves of U, V and W phases of (C) and (E) are generated, and the square wave and the inverse trapezoidal wave are compared by the comparison means 53, and (B), (D) and (F) of FIG. ) Control switching element U such as
Outputs P, VP, and WP pulses ((B) of FIG. 5,
Inversions of (D) and (F) become pulses for control switching elements UN, VN, and WN). As a result, the waveform of the output voltage (between U and V) of the inverter 2 is as shown in FIG.
There are 3 pulses consisting of 2 pulses located on both outer sides of 20 °. The output voltage of the inverter 2 is as shown in FIG.
The width θ ° of (B), that is, the peak value of the square wave of (A), (C), and (E) of FIG. 5 is controlled by changing the output V C of the modulation factor calculation circuit 10 (FIG. B)).

【0013】次に、インバータ2の出力電圧をインバー
タ2が出力し得る最大電圧まで高めるために、図5
(B)の幅θ°が制御スイッチング素子UP〜WNに必
要な最小消弧期間θmin に等しくなるインバータ2の出
力周波数のところで、パルス数切換え手段54により、
搬送波発生手段51の中の512から513に切換え
る。この搬送波発生手段51の中の513は0を発生
し、この0と変調波発生手段52の中の522が発生す
る図5の(A),(C),(E)の方形波を比較手段53
で比較して、図6(B)のようなパルスを出力する。そ
の結果、インバータ2の出力電圧(U−V間)波形は図
6(B)のような、幅120°の1パルスとなる。この
図6のような図5の3パルスと1パルスの切換えを、図
4のような図2の3パルスと1パルスの切換えと比べる
と、図6(A)の3パルスの電圧面積は図6(B)の1
パルスの電圧面積と等しいのに対し、図4(A)の3パ
ルスの電圧面積は図4(B)の1パルスの電圧面積より
小さいため、図6の3パルスと1パルスの切換えの方
が、インバータ2の出力電圧の変化量は小さく、かつイ
ンバータ2の出力電圧の基本波成分の位切ずれも生じな
いことが容易にわかる。
Next, in order to increase the output voltage of the inverter 2 up to the maximum voltage that the inverter 2 can output, FIG.
At the output frequency of the inverter 2 where the width θ ° of (B) becomes equal to the minimum arc extinguishing period θ min required for the control switching elements UP to WN, the pulse number switching means 54 is used.
The carrier wave generating means 51 is switched from 512 to 513. 513 in the carrier wave generating means 51 generates 0, and the 0 and the square wave of 522 in the modulated wave generating means 52 generate square waves of FIGS. 5A, 5C and 5E. 53
Then, the pulse as shown in FIG. 6B is output. As a result, the output voltage (between U and V) waveform of the inverter 2 becomes one pulse having a width of 120 ° as shown in FIG. 6B. Comparing the switching of 3 pulses and 1 pulse of FIG. 5 as shown in FIG. 6 with the switching of 3 pulses and 1 pulse of FIG. 2 as shown in FIG. 4, the voltage area of 3 pulses of FIG. 1 of 6 (B)
While the voltage area of three pulses in FIG. 4A is smaller than the voltage area of one pulse in FIG. 4B, the switching of 3 pulses and 1 pulse in FIG. It is easily understood that the amount of change in the output voltage of the inverter 2 is small and the fundamental wave component of the output voltage of the inverter 2 does not shift.

【0014】ここで、図5の3パルスと1パルスの切換
え(図6)時のインバータ2の出力電圧の変化量を、図
2の3パルスと1パルスの切換え(図4)の場合と比較
する。
Here, the amount of change in the output voltage of the inverter 2 at the time of switching 3 pulses and 1 pulse (FIG. 6) in FIG. 5 is compared with that in the case of switching 3 pulses and 1 pulse of FIG. 2 (FIG. 4). To do.

【0015】図5の3パルス時のインバータ2の出力電
圧波形をフーリエ級数に展開すると、その基本波成分の
大きさ(実効値)VN3は、
When the output voltage waveform of the inverter 2 at the time of three pulses in FIG. 5 is expanded into a Fourier series, the magnitude (effective value) V N3 of the fundamental wave component is

【0016】[0016]

【数1】 [Equation 1]

【0017】となり、同様に図2の3パルス時のインバ
ータ2の出力電圧波形の基本波成分(実効値)VO3は、
Similarly, the fundamental wave component (effective value) V O3 of the output voltage waveform of the inverter 2 at the time of three pulses in FIG.

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】となる。ただし、数1と数2のES は直流
電源1の電圧値である。
It becomes However, Es in Equations 1 and 2 is the voltage value of the DC power supply 1.

【0020】数1と数2より、幅θ°に対するVN3とV
O3を、1パルスつまりθ=0の時の値で正規化し、それ
ぞれVN3′とVO3′で表わして図にすると、図7のよう
になる。この図7からわかるように、幅θ°が同じで
も、図5の3パルスの方(VN3′)が図2の3パルスの
場合(VO3′)よりインバータ2の出力電圧が高いの
で、図2の3パルス(図3(イ))と図5の3パルス
(図3(ロ))を切換える時、インバータ2の出力電圧
M が図3のように連続となるように、幅θ°を変調率
演算回路10の出力の出力VC により制御する。そし
て、車両用インバータを例にして、制御スイッチング素
子UP〜WNに必要な最小消弧期間Tmin を240μ
s、1パルスに切換える時のインバータ2の出力周波数
f=75Hzとすると、Tmin (=240μs)に対応
する最小消弧期間θmin は、
From Equations 1 and 2, V N3 and V for the width θ °
The O3, normalized by the value at 1 pulse clogging theta = 0, when the figure expressed by V N3 'and V O3' respectively, is shown in FIG. As can be seen from FIG. 7, the output voltage of the inverter 2 is higher in the three pulses (V N3 ′) of FIG. 5 than in the case of the three pulses (V O3 ′) of FIG. When the three pulses of FIG. 2 (FIG. 3 (a)) and the three pulses of FIG. 5 (FIG. 3 (b)) are switched, the width θ is set so that the output voltage V M of the inverter 2 becomes continuous as shown in FIG. Is controlled by the output V C of the output of the modulation factor calculation circuit 10. Then, taking the vehicle inverter as an example, the minimum arc extinguishing period T min required for the control switching elements UP to WN is 240 μm.
s If the output frequency f of the inverter 2 when switching to 1 pulse is f = 75 Hz, the minimum extinction period θ min corresponding to T min (= 240 μs) is

【0021】[0021]

【数3】 (Equation 3)

【0022】となるので、図7(数1と数2)より、図
2の3パルスでは1パルスの88.7%の電圧しか得ら
れないのに対し、図5の3パルスでは1パルスの98.
7% の電圧まで高められ、1パルスに切換える時の電
圧変化量が非常に小さいことがわかる。
Therefore, from FIG. 7 (Equations 1 and 2), the voltage of 88.7% of one pulse can be obtained with the three pulses of FIG. 2, while the one of the three pulses of FIG. 98.
It can be seen that the voltage is increased to 7% and the amount of voltage change when switching to one pulse is very small.

【0023】最後に、図2(B)と図5(B)の3パル
ス及び図4(図6)の(B)の1パルスを発生する図1
の変調回路5の具体的な詳細構成を図8に示す。なお、
図1と図8の同じ番号・符号は同じ機能を有している。
ただし、図1では変調動作を、変調波と搬送波の交流波
形の直接比較で説明したが、図8の具体例では、回路を
簡単にするため、図9により以下説明するように、直流
的な搬送波(図9の(イ),(ヘ),(ヌ))と直流レベ
ル(図9のVC )の比較結果(図9の(イ),(ト),
(ル))を、直流的な変調波(図9の(ニ),(チ),
(オ))で正期間と負期間に振分ける方式としている。
その図8の動作を図9により説明する。
Finally, FIG. 1 is used to generate the three pulses shown in FIGS. 2B and 5B and the one pulse shown in FIG. 4B.
8 shows a specific detailed configuration of the modulation circuit 5 of FIG. In addition,
The same numbers and reference numerals in FIG. 1 and FIG. 8 have the same functions.
However, although the modulation operation is described in FIG. 1 by directly comparing the AC waveforms of the modulation wave and the carrier wave, in the specific example of FIG. 8, in order to simplify the circuit, as described below with reference to FIG. Comparison result of carrier wave ((a), (f), (nu) in FIG. 9) and DC level (V C in FIG. 9) ((a), (g) in FIG. 9)
(Le)) is a direct current modulated wave ((d), (h),
In (e)), the method is divided into positive period and negative period.
The operation of FIG. 8 will be described with reference to FIG.

【0024】図8において、インバータ周波数fに準拠
した周波数f0 をカウンタ514でカウントし、搬送三
角波記憶素子511′のROM4(Read Only Memory)
と変調波発生手段52の方形波記憶素子ROM1から、
図9の(イ)と(ニ)のような三角波と方形波を出力す
る。図9(イ)の三角波は変調率演算回路10の直流レ
ベル出力VC と比較器531で比較されて、比較器53
1は図9(ロ)のようなパルスを出力し、その出力は図
9(ニ)の方形波と共に排他的論理和532に与えら
れ、排他的論理和532は図9(ホ)のようなつまり図
2(B)と同じ3パルスを発生する。なお、搬送三角波
記憶素子511′のROM5〜8は、三角波と正弦波の
比較により得られるパルス数(パルス列)、例えば5,
9,15,27と同じパルス数が得られるような三角波
を記憶させてあり、そのパルス数は前述の図3のよう
に、インバータ周波数fに対応して、パルス数切換え手
段54により切換える。即ち、インバータ2の出力周波
数fにより、パルス数を切換えるインバータ2の出力周
波数をあらかじめ設定したパルス数選択器541で、1
つのパルス数信号を選択し、その出力により、パルス数
切換え器542の開閉素子5421〜5427の中の1
つを動作させ、加算素子5428を介して、搬送波発生
手段51の出力(ROM2〜8)つまりパルス数を切換
える。
In FIG. 8, the frequency f 0 according to the inverter frequency f is counted by the counter 514, and the ROM 4 (Read Only Memory) of the carrier triangular wave storage element 511 'is counted.
From the square wave memory element ROM1 of the modulated wave generating means 52,
The triangular wave and the square wave as shown in (a) and (d) of FIG. 9 are output. The triangular wave shown in FIG. 9A is compared with the DC level output V C of the modulation factor calculation circuit 10 by the comparator 531, and the comparator 53
1 outputs a pulse as shown in FIG. 9B, and its output is given to the exclusive OR 532 together with the square wave of FIG. 9D, and the exclusive OR 532 is as shown in FIG. That is, the same three pulses as in FIG. 2B are generated. The ROMs 5 to 8 of the carrier triangular wave storage element 511 'have the number of pulses (pulse train) obtained by comparing the triangular wave and the sine wave, for example, 5,
A triangular wave that can obtain the same number of pulses as 9, 15, 27 is stored, and the number of pulses is switched by the pulse number switching means 54 in accordance with the inverter frequency f as shown in FIG. That is, the pulse frequency selector 541 presets the output frequency of the inverter 2 for switching the pulse frequency according to the output frequency f of the inverter 2.
One of the switching elements 5421 to 5427 of the pulse number switch 542 is selected by selecting one pulse number signal and outputting the selected signal.
One of them is operated to switch the output (ROMs 2 to 8) of the carrier wave generating means 51, that is, the number of pulses via the adder element 5428.

【0025】次に、パルス数切換え手段54により、搬
送三角波記憶素子511′(ROM4)から逆台形波記憶素
子512′(ROM3)に切換えると、搬送逆台形記憶
素子512′(ROM3)から、図9(ヘ)のような逆
台形波(上辺幅180°,下辺幅60°)を出力する。
この図9(ヘ)の逆台形波は変調率演算回路10の直流
レベル出力VC と比較器531で比較され、比較器53
1は図9(ト)のようなパルスを出力する。この出力は
変調波発生手段52の方形波記憶素子ROM1の出力で
ある図9(チ)(図9(ニ))のような方形波と共に排他的
論理和532に与えられ、非他的論理和532は図9
(リ)のようなつまり図5(B)と同じ3パルスを発生
する。
Next, the pulse number switching means 54 switches from the carrier triangular wave memory element 511 '(ROM4) to the inverted trapezoidal wave memory element 512' (ROM3). An inverted trapezoidal wave (upper side width 180 °, lower side width 60 °) like 9 (f) is output.
The inverted trapezoidal wave of FIG. 9F is compared with the DC level output V C of the modulation factor calculation circuit 10 by the comparator 531, and the comparator 53
1 outputs a pulse as shown in FIG. This output is given to the exclusive OR 532 together with the square wave as shown in FIG. 9C (FIG. 9D) which is the output of the square wave storage element ROM1 of the modulated wave generating means 52, and the non-other logical OR. 532 is shown in FIG.
As in (i), that is, the same three pulses as in FIG. 5B are generated.

【0026】さらに、パルス数切換え手段54により、
逆台形波記憶素子512′(ROM3)から0記憶素子51
3′(ROM2)に切換えると、0記憶素子513′(R
OM2)から、図9(ヌ)のような0信号を出力する。この
図9(ヌ)の0信号は変調率演算回路10の直流レベル
出力VC と比較器531で比較され、比較器531は図
9(ル)のような0信号を出力する。この出力は変調波
発生手段52の方形波記憶素子ROM1の出力である図
9(オ)(図9の(ニ),(チ))のような方形波と共に
排他的論理和532に与えられ、排他的論理和532は
図9(ワ)のようなつまり図4(図6)の(B)と同じ
1パルスを発生する。
Further, by the pulse number switching means 54,
Reverse trapezoidal wave storage element 512 '(ROM3) to 0 storage element 51
Switching to 3 '(ROM2), 0 storage element 513' (R
OM2) outputs a 0 signal as shown in FIG. The 0 signal of FIG. 9 () is compared with the DC level output V C of the modulation factor calculation circuit 10 by the comparator 531 and the comparator 531 outputs the 0 signal as shown in FIG. 9 (L). This output is given to the exclusive OR 532 together with the square wave as shown in FIG. 9 (e) ((d) and (h) in FIG. 9) which is the output of the square wave storage element ROM1 of the modulated wave generating means 52, The exclusive OR 532 generates one pulse as shown in FIG. 9A, that is, the same pulse as that in FIG. 4B.

【0027】以上の説明は、図2(図9(ホ))の3パル
スから図5(図9(リ))の3パルスを経て1パルス(図
9(ワ))に切換える場合であったが、図2の3パルスを
省略して、5パルスから直接図5の3パルスを経て1パ
ルスに切換えても良いということはもちろんである。こ
の場合、図2の3パルスが図5の3パルスに置き代わる
だけで、部品数はほとんど増加しない。ただし、5パル
スから図5の3パルスに切換える場合、図3からわかる
ように、図2の3パルスから図5の3パルスに切換える
場合より、インバータ2の出力電圧VM が小さいつまり
図5の幅θ°が大きなる(図7参照)ので、インバータ
2の出力電流波形が悪く(リップルが大きく)なり、イ
ンバータ2の転流能力を増加させる(インバータ2の大
形化)要因となるので十分な検討を要する。
The above description is for switching from the three pulses in FIG. 2 (FIG. 9 (e)) to the one pulse (FIG. 9 (w)) through the three pulses in FIG. 5 (FIG. 9 (i)). However, it goes without saying that the three pulses in FIG. 2 may be omitted and the five pulses may be directly switched to the one pulse through the three pulses in FIG. In this case, the three pulses in FIG. 2 are replaced by the three pulses in FIG. 5, and the number of parts hardly increases. However, when switching from 5 pulses to 3 pulses of FIG. 5, as can be seen from FIG. 3, the output voltage V M of the inverter 2 is smaller than when switching from 3 pulses of FIG. 2 to 3 pulses of FIG. Since the width θ ° is large (see FIG. 7), the output current waveform of the inverter 2 becomes bad (ripple becomes large), which causes the commutation capacity of the inverter 2 to increase (increases the size of the inverter 2). Need careful consideration.

【0028】即ち、図1及び図8の実施例のように、図
2(図9(ホ))の3パルスから図5(図9(リ))の3パ
ルスを経て1パルス(図9(ワ))に切換える方式は、図
2の3パルスを省略して、5パルスから直接図5の3パ
ルスを経て1パルスに切換える方式より、インバータ2
の出力電流のリップルが大きくならずつまりインバータ
2の転流能力を増加させる(インバータ2の大形化)こ
ともないという効果がある。
That is, as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 8, one pulse (see FIG. 9 (e) from the three pulses in FIG. 2 (FIG. 9 (e)) is passed through the three pulses in FIG. 5 (FIG. 9 (re)). W)) is switched to a method in which the three pulses in FIG. 2 are omitted and one pulse is switched from five pulses directly through the three pulses in FIG.
The ripple of the output current is not increased, that is, the commutation capability of the inverter 2 is not increased (the inverter 2 is upsized).

【0029】さらに、図5(図9(ヘ)〜(リ))の3パ
ルスでは、インバータ2の出力電圧VM(VN3′)は幅θ
°に対して、図7の実線のような非線形となるため、搬
送波発生手段51の中の512′からは、図10の点線
のような図9(ヘ)の逆台形波ではなく、図10の実線
のような湾曲した逆台形波を発生させれば、変調率演算
回路10の出力VC の変化に対して幅θ°の変化が非線
形となり、インバータ2の出力電圧VM が直線的に変化
するという効果がある。また、搬送波発生手段51の中
の512′から、図11の点線のような図9(ヘ)の逆
台形波でなく、図11の実線のような逆台形波の両側が
平らな波形を発生させて、その平らな幅を、制御スイッ
チング素子UP〜WNに必要な最小消弧期間θmin と等
しくすれば、変調率演算回路10の出力VC の増加によ
り、θθmin で自動的に1パルスとなるため、搬送波
発生手段51の中の513′を省略できるという効果が
ある。
Further, in the three pulses shown in FIG. 5 (FIGS. 9F to 9R), the output voltage V M (V N3 ′) of the inverter 2 has a width θ.
10 becomes non-linear as shown by the solid line in FIG. 7, so that from 512 ′ in the carrier wave generating means 51, the inverse trapezoidal wave shown in FIG. If a curved inverse trapezoidal wave like the solid line is generated, the change of the width θ ° becomes non-linear with respect to the change of the output V C of the modulation factor calculation circuit 10, and the output voltage V M of the inverter 2 becomes linear. It has the effect of changing. Further, from 512 'in the carrier wave generating means 51, not the inverse trapezoidal wave shown in FIG. 9 (f) as shown by the dotted line in FIG. 11, but a waveform having flat sides on both sides of the inverse trapezoidal wave as shown by the solid line in FIG. Then, if the flat width is made equal to the minimum arc extinction period θ min required for the control switching elements UP to WN, the output V C of the modulation factor calculation circuit 10 is automatically increased so that θ < θ min. Since one pulse is used, there is an effect that 513 'in the carrier wave generating means 51 can be omitted.

【0030】以上のパルス数切換えは、インバータ2の
出力周波数fが増加する場合を対象としたが、インバー
タ2の出力周波数fが減少する場合のパルス数切換えは
逆の制御(図3参照)となり、前述の効果が損なわれる
ものではないということはもちろんである。
The above-mentioned pulse number switching is intended for the case where the output frequency f of the inverter 2 increases, but the pulse number switching when the output frequency f of the inverter 2 decreases is the reverse control (see FIG. 3). Of course, the above effects are not impaired.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、3パルスと1パルス間
のパルス数切換え時において、インバータ出力電圧の変
化量が非常に小さく、かつその基本波成分の位相ずれも
生じないので、インバータ出力電流のはね上りが非常
に小さくなり、インバータが転流失敗することもなく
(転流能力の軽減)、トルク変動も非常に小さく誘導
電動機を円滑に運転できるという効果がある。
According to the present invention, when the number of pulses is switched between 3 pulses and 1 pulse, the amount of change in the inverter output voltage is very small, and the phase shift of the fundamental wave component does not occur. The current jump is very small, the inverter does not fail in commutation (reduction of commutation capability), and the torque fluctuation is very small, and the induction motor can be operated smoothly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すパルス幅変調インバー
タによる誘導電動機の制御装置の回路構成図。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a control device for an induction motor using a pulse width modulation inverter according to an embodiment of the present invention.

【図2】正弦波と三角波の比較による3パルス波形図。FIG. 2 is a 3-pulse waveform diagram obtained by comparing a sine wave and a triangular wave.

【図3】インバータ出力周波数に対するパルス数及びイ
ンバータ出力電圧の関係図。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of pulses and the inverter output voltage with respect to the inverter output frequency.

【図4】図2の3パルスと1パルスの波形関係図。FIG. 4 is a waveform relationship diagram of 3 pulses and 1 pulse of FIG.

【図5】方形波は逆台形波の比較による3パルスの波形
図。
FIG. 5 is a waveform diagram of three pulses in which a square wave is a comparison of an inverse trapezoidal wave.

【図6】図5のパルスと1パルスの波形関係図。FIG. 6 is a waveform relationship diagram of the pulse of FIG. 5 and one pulse.

【図7】図2と図5の3パルスにおけるインバータ出力
電圧の特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram of the inverter output voltage in the three pulses shown in FIGS. 2 and 5.

【図8】変調回路の詳細構成図。FIG. 8 is a detailed configuration diagram of a modulation circuit.

【図9】図8の動作説明図。FIG. 9 is an operation explanatory diagram of FIG. 8;

【図10】図8の動作説明図。10 is an explanatory diagram of the operation of FIG.

【図11】図8の動作説明図。FIG. 11 is an operation explanatory diagram of FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…直流電源、2…インバータ、3…誘導電動機、4…
ゲート信号処理回路、5…変調回路、51…搬送波発生
手段、52…変調波発生手段、53…比較手段、54…
パルス数切換え手段。
1 ... DC power supply, 2 ... inverter, 3 ... induction motor, 4 ...
Gate signal processing circuit, 5 ... Modulation circuit, 51 ... Carrier wave generation means, 52 ... Modulated wave generation means, 53 ... Comparison means, 54 ...
Pulse number switching means.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流電圧を入力し、可変周波数の交流出力
電圧を発生する複数のスイッチング素子(UP,VP,
WP,UN,VN,WN)からなるインバータが、交流
出力電圧の基本波の大きさと周波数を決定する変調波と
搬送波を比較して前記スイッチング素子のゲート信号を
発生し、それによって前記インバータをPWM動作させ
る変調手段(5)を有するものであって、 交流出力電圧の半サイクル内の電圧パルス数により定義
されるPWM制御のパルスモードを、交流出力電圧の電
気角にして120°の期間内に3つの電圧パルスが存在
する第1の3パルスモードから、交流出力電圧の電気角
にして120°期間の中央に位置する1つのパルスと該
120°の期間の両外側に対照的に位置する2つのサイ
ドパルスからなる第2の3パルスモードを介して、交流
出力電圧の半サイクル内に単一の電圧パルスのみを含む
1パルスモードヘ切換えるパルス幅変調インバータの制
御方法において、 前記第1の3パルスモードから前記第2の3パルスモー
ドへの切換えは、前記第1の3パルスモードでの交流出
力電圧の電圧パルスの幅θ°が、スイッチング素子に必
要な最小消弧期間θ min ° にほぼ等しくなった時点で行
うようにしたことを特徴とするパルス幅変調インバータ
の制御方法。
1. A DC voltage is inputted and an AC output having a variable frequency is inputted.
A plurality of switching elements (UP, VP,
Inverter consisting of WP, UN, VN, WN)
A modulation wave that determines the magnitude and frequency of the fundamental wave of the output voltage
Comparing the carrier wave, the gate signal of the switching element
Generated, thereby causing the inverter to operate in PWM
Having a modulation means (5) that is defined by the number of voltage pulses in a half cycle of the AC output voltage
The PWM control pulse mode is
There are three voltage pulses within a period of 120 °
The electrical angle of the AC output voltage from the first 3-pulse mode
And one pulse in the middle of the 120 ° period
Two rhinos located symmetrically on either side of the 120 ° period
AC through the second 3-pulse mode consisting of
Includes only a single voltage pulse within a half cycle of output voltage
Control of pulse width modulation inverter that switches to 1 pulse mode
In the control method, from the first 3-pulse mode to the second 3-pulse mode.
To switch to the AC mode, the AC output in the first 3-pulse mode is used.
The width θ ° of the voltage pulse of the input voltage must be
When the minimum arc extinction period required is approximately equal to θ min °
The pulse width modulation inverter characterized by the above
Control method.
【請求項2】請求項1において、前記第2の3パルスモ
ードと1パルスモード間の切換えは、前記第2の3パル
スモードでの交流出力電圧の電圧パルスの幅θ°が、ス
イッチング素子に必要な最小消弧期間θ min ° にほぼ等
しくなった時点で行うようにしたことを特徴とするパル
ス幅変調インバータの制御方法。
2. The method according to claim 1, wherein the second 3-pulse mode is used.
Mode and 1-pulse mode can be switched by the second 3 pulse mode.
The width θ ° of the voltage pulse of the AC output voltage in
Approximately equal to the minimum arc extinction period θ min ° required for the switching element
A pal characterized by doing it when it became difficult
Control method for a width modulation inverter.
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