FI76224B

FI76224B - FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER REGLERING AV FASSPAENNINGEN VID EN INVERTER.

Info

Publication number: FI76224B
Application number: FI860910A
Authority: FI
Inventors: Harri Hakala
Original assignee: Kone Oy
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1988-05-31
Also published as: AU597602B2; FI860910A0; AU6497686A; FI76224C; FI860910A

Description

7622476224

MENETELMÄ JA LAITE INVERTTERIN VAIHEJÄNNITTEEN SÄÄTÄMISEKSI - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR REGLERING AV FASSPÄNNINGEN VID EN INVERTERMETHOD AND APPARATUS FOR ADJUSTING INVERTER PHASE VOLTAGE - FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR REGLERING AV FASSPÄNNINGEN VID EN INVERTER

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laite invertterin vaihejännitteen säätämiseksi, jossa menetelmässä invertterin pulssileveysmodulaattorin vaiheen ohjausjännitettä säädetään sinänsä tunnetulla jännitesäätäjällä, jonka jännitesäätäjän sisääntulosuureena on ohje- ja oloarvon erotus.The present invention relates to a method and an apparatus for controlling the phase voltage of an inverter, in which the phase control voltage of the inverter pulse width modulator is controlled by a voltage regulator known per se, the input variable of which is the difference between the reference and the actual value.

Pulssileveysmoduloidun invertterin ulostulojännite muodostuu kussakin vaiheessa suorakaiteen muotoisista jännite-pulsseista. Jännitteen keskiarvon määräävät pulssisuhde ja pulssien amplitudi. Tehoelektroniikassa pulssit ovat yleensä usean sadan voltin suuruusluokkaa, jos invertteriä syöttävä tasajännite on saatu tasasuuntaamalla syöttävän vaihtojänniteverkon jännite.The output voltage of a pulse-width modulated inverter consists of rectangular voltage pulses at each stage. The average voltage is determined by the pulse ratio and the amplitude of the pulses. In power electronics, pulses are usually of the order of several hundred volts if the DC voltage supplied by the inverter is obtained by rectifying the voltage of the supply AC voltage network.

Invertterin ulostulosuureiden käyrämuotoa voidaan korjata virta- tai jännitesäädön avulla käyttämällä takaisinkytken-tää. Virtatakaisinkytkennän haittana on hitaus. Hitaus aiheutuu siitä, että virtatakaisinkytkennässä usein kuormana olevan moottorin induktanssit aiheuttavat aikavakioita. Säätösilmukka on yleensä sitä hitaampi, mitä enemmän siinä on aikavakioita. Lisäksi virranmittauselimet ovat kalliita, koska niiden tulee pystyä mittaamaan myös tasavirtaa. Jos invertterissä käytetään jännitesäätöä, vältytään kalliiden virranmittauselimien käytöltä ja saadaan nopeampi säätö, kun jännitesäädössä ei ole induktanssien aiheuttamia aikavakioita.The curve shape of the output variables of the inverter can be corrected by current or voltage control using feedback. The disadvantage of power feedback is slowness. The slowness is caused by the fact that the inductances of a motor that is often loaded in the current feedback cause time constants. The more time constants it has, the slower the control loop is usually slower. In addition, current measuring devices are expensive because they must also be able to measure direct current. If voltage control is used in the inverter, the use of expensive current measuring means is avoided and faster control is obtained when there are no time constants in the voltage control caused by inductances.

Jännitesäätäjien heikkona kohtana on usein jännitteen mittauspiiri. Invertterin ulostulojännitteen mittaus suoritetaan nykyään joko erottamalla mittauspiiri galvaanisesti invertterin ulostulopiiristä muuntajan avulla tai mittaamalla jännite suoraan resistanssivaimennusta käyttäen. Muuntajan haittoina ovat muuntajasydämen kyllästymisestä 2 76224 aiheutuvat virheet jännitteen mittauksessa sekä muuntajien suuri koko. Resistanssivaimennusmittauksen haittana on se, että ilman galvaanista erotusta laitteita on vaikea saada määräysten mukaisesti turvallisiksi.The weak point of voltage regulators is often the voltage measuring circuit. The measurement of the output voltage of the inverter is now performed either by galvanically separating the measuring circuit from the output circuit of the inverter by means of a transformer or by measuring the voltage directly using resistance attenuation. The disadvantages of the transformer are the errors in voltage measurement caused by the saturation of the transformer core 2 76224 and the large size of the transformers. The disadvantage of resistance attenuation measurement is that without galvanic isolation it is difficult to make the devices safe in accordance with the regulations.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellämainitut epäkohdat. Keksinnön mukaiselle menetelmälle invertterin vaihejännitteen säätämiseksi on tunnusomaista se, että jännitesäätäjän sisääntulosuure muodostetaan eropiirissä, johon eropiiriin johdettava invertterin ulostulevaa jännitettä edustava suure on jaettu kahteen komponenttiin, pulssisuhteen ja amplitudin mittauksista saataviin signaaleihin, jonka eropiirin eroelimessä oloarvona käytetään ainakin mainittua pulssisuhteen mittauksesta saatavaa signaalia, ja jossa eropiirissä mainittu amplitudin mittauksesta saatava signaali yhdistetään tekijäksi mainittuun eroelimeen tulevaan olo- tai ohjearvoon.The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks. The method according to the invention for controlling the phase voltage of an inverter is characterized in that the input variable of the voltage regulator is formed in a differential circuit in which the variable representing the inverting output voltage the signal obtained from the amplitude measurement in the difference circuit is combined as a factor with the actual or reference value coming to said difference element.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on tunnusomaista se, että invertterin ulostule-van vaihejännitteen pulssisuhde mitataan optoerottimellä.A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the pulse ratio of the output phase voltage of the inverter is measured with an opto-isolator.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että invertterin ulostulevan vaihejännitteen pulssien amplitudi mitataan amplitudin mittauspiirissä muuttamalla invertterin ulostu-levien jännitepulssien amplitudi tasajännitteeksi pulssin-muokkaimessa, muuttamalla saatava tasajännite taajuudeksi jännitetaajuusmuuntimessa sekä ohjaamalla saatava taajuus optoerottimen kautta taajuusjännitemuuntimeen, jossa taajuus jännitemuuntimessa taajuus muutetaan tasajännitteeksi.A preferred embodiment of the method according to the invention is also characterized in that the amplitude of the pulses of the output phase voltage of the inverter is measured in the amplitude measuring circuit by converting the amplitude the frequency is converted to DC voltage.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että jännitesäätäjän sisääntulosuure muodostetaan eropiirissä kertomalla pulssi- 3 76224 suhteen mittauksesta saatava signaali amplitudin mittaus-piiristä saatavalla signaalilla kertolaskuelimessä ja vähentämällä kertolaskuelimessä muodostettu oloarvojännite ohjearvojännitteestä eroelimessä.A preferred embodiment of the method according to the invention is also characterized in that the input value of the voltage regulator is formed in the differential circuit by multiplying the signal from the measurement by the signal from the amplitude measuring circuit in the multiplier and subtracting the actual voltage formed in the multiplier.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että invertterinä käytetään kolmivaiheista invertteriä.A preferred embodiment of the method according to the invention is also characterized in that a three-phase inverter is used as the inverter.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että amplitudin mittauspiirissä mitataan invertterin vaiheiden ulostulevien jännitepulssien suuruinen tasajännite muuttamalla invertteriä syöttävä tasajännite jännitetaajuusmuuntimessa taajuudeksi ja ohjaamalla jännitetaajuusmuuntimesta saatava taajuus optoerottimen kautta taajuusjännitemuuntimeen, jossa taajuusjännitemuuntimessa taajuus muutetaan tasajän-nitteeksi.A preferred embodiment of the method according to the invention is also characterized in that in the amplitude measuring circuit the DC voltage of the output voltage pulses of the inverter phases is measured by converting the DC voltage supplying the inverter to

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle sovellu-tusmuodolle on myös tunnusomaista se, että kunkin vaiheen jännitesäätäjän sisääntulosuure muodostetaan eropiirissä kunkin vaiheen ulostulojännitteen pulssisuhteen mittauksesta saatavan signaalin ja amplitudin mittauspiiristä saatavan tasajännitteen avulla ohjaamalla tasajännite jakajaksi jakolaskuelimeen, jossa jakolaskuelimessä jaettavana on ohjearvojännitteen amplitudi, muodostamalla jakolaskuelimestä saatavan amplitudin ja ohjearvojännitteen kunkin vaiheen muoto-ohjeen perusteella kunkin vaiheen ohjearvo-jännitteet kertolaskuelimissä sekä muodostamalla kunkin vaiheen ohjearvojännitteen ja kunkin vaiheen ulostulojännitteen pulssisuhteen mittauksesta saatavan signaalin erotus eroelimissä.A preferred embodiment of the method according to the invention is also characterized in that the input variable of each phase voltage regulator is formed in the differential circuit by means of a signal on the basis of the shape reference of each phase of the reference voltage, the reference voltages of each phase in the multipliers and by generating the difference in the signal between the measurement of the pulse ratio of the reference voltage of each phase and the output voltage of each phase in the difference elements.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavalle laitteelle, 76224 johon laitteeseen kuuluu sinänsä tunnettu jännitesäätäjä invertterin pulssileveysmodulaattorin vaiheen ohjausjännitteen säätämiseksi, on tunnusomaista se, että laitteessa on pulssisuhteen mittauselin invertterin ulostulevan vaihejän-nitteen pulssisuhteen mittaamiseksi, amplitudin mittauspii-ri invertterin ulostulevan vaihejännitteen pulssien amplitudin mittaamiseksi sekä eropiiri, johon eropiiriin johdettava invertterin ulostulevaa jännitettä edustava suure on jaettu kahteen komponenttiin, pulssisuhteen ja amplitudin mittauksista saataviin signaaleihin, jonka eropiirin eroe-limessä oloarvona käytetään ainakin mainittua pulssisuhteen mittauksesta saatavaa signaalia, ja jossa eropiirissä amplitudin mittauksesta saatava signaali yhdistetään tekijäksi mainittuun eroelimeen tulevaan olo- tai ohjearvoon.The device 76224 applying the method according to the invention, which comprises a voltage regulator known per se for adjusting the phase control voltage of the inverter pulse width modulator, is characterized in that the device has a pulse ratio measuring means for measuring the inverse the quantity representing the output voltage of the inverter to be applied to the differential circuit is divided into two components, signals from pulse ratio and amplitude measurements, in which at least said signal from the pulse ratio measurement is used as the actual value in the difference circuit, and in which the difference

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että pulssisuhteen mittauselin on optoerotin.A preferred embodiment of the device applying the method according to the invention is characterized in that the pulse ratio measuring element is an optocoupler.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on myös tunnusomaista se, että amplitudin mittauspiirissä on pulssinmuokkain invertterin ulostulevien jännitepulssien muuttamiseksi tasajän-nitteeksi, jännitetaajuusmuunnin pulssinmuokkaimesta saatavan tasajännitteen muuttamiseksi taajuudeksi, optoerotin galvaanisen erotuksen aikaansaamiseksi säätöpiirin ja tehopiirin välille sekä taajuusjännitemuunnin taajuuden muuttamiseksi tasa jännitteeksi.A preferred embodiment of the device according to the invention is also characterized in that the amplitude measuring circuit has a pulse modifier for converting the output voltage pulses of the inverter to direct voltage, a frequency converter for converting

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on myös tunnusomaista se, että eropiirissä on kertolaskuelin oloarvojännitteen muodostamiseksi kertomalla pulssisuhteen mittauksesta saatava signaali amplitudin mittauspiiristä saatavalla tasajännit-teellä sekä eroelin kertolaskuelimessä muodostetun oloarvo- 76224 5 jännitteen vähentämiseksi ohjearvojännitteestä.A preferred embodiment of the device applying the method according to the invention is also characterized in that the difference circuit has a multiplier for generating the actual value voltage by multiplying the signal from the pulse ratio measurement by the DC voltage from the amplitude measuring circuit.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on myös tunnusomaista se, että invertteri on kolmivaiheinvertteri.A preferred embodiment of the device applying the method according to the invention is also characterized in that the inverter is a three-phase inverter.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on myös tunnusomaista se, että amplitudin mittauspiirissä on jännitetaajuusmuunnin invertteriä syöttävän tasajännitteen muuttamiseksi taajuudeksi, optoerotin säätöpiirin erottamiseksi galvaanisesti invertteriä syöttävästä tasajännitepiiristä sekä taajuus-jännitemuunnin taajuuden muuttamiseksi tasajännitteeksi.A preferred embodiment of the device applying the method according to the invention is also characterized in that the amplitude measuring circuit has a voltage-frequency converter for converting the DC voltage supplied by the inverter to a frequency, a galvanic isolating control circuit for galvanically separating the inverter-supplied DC voltage circuit and a frequency-voltage converter.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltavan laitteen eräälle edulliselle sovellutusmuodolle on myös tunnusomaista se, että eropiirissä on jakolaskuelin syöttöjännitteen vaihtelun kompensoimiseksi, jossa jaettavana on ohjearvojännit-teen amplitudi ja jakajana amplitudin mittauspiiristä saatava tasajännite, kertolaskuelimet kunkin vaiheen ohje-arvojännitteiden muodostamiseksi jakolaskuelimestä saatavasta amplitudista ja ohjearvojännitteen kunkin vaiheen muoto-ohjeesta sekä eroelimet kunkin vaiheen ohjearvojän-nitteen ja kunkin vaiheen pulssisuhteen mittauksesta saatavan signaalin erotuksen muodostamiseksi.A preferred embodiment of the device applying the method according to the invention is also characterized in that the differential circuit has a divider for compensating for supply voltage variation, dividing the amplitude of the setpoint voltage and dividing the DC voltage and difference means for generating a difference between the reference voltage of each phase and the signal obtained from the measurement of the pulse ratio of each phase.

Kun keksinnön mukaisesti erikseen mitataan invertterin ulostulevien jännitepulssien pulssisuhde ja muodostetaan invertterin ulostulevien jännitepulssien amplitudin suuruinen tasajännite, saavutetaan seuraavia etuja.According to the invention, when the pulse ratio of the output voltage pulses of the inverter is separately measured and a DC voltage equal to the amplitude of the output voltage pulses of the inverter is formed, the following advantages are achieved.

Invertterin ulostulojännitteeseen aiheuttavat virhettä pääasiassa tehokomponenttien kytkentääjät, jotka vääristävät pulssisuhdetta, sekä invertteriä syöttävän tasajännitteen muutokset, jotka vaikuttavat ulostulevien jännitepuls- 6 76224 sien amplitudiin. Tehokomponenttien kytkentääjät aiheuttavat säröä käyrämuotoon, joten pulssisuhdetta on säädettävä mahdollisimman nopeasti. Nopeus saavutetaan mittaamalla pelkkä pulssisuhde esimerkiksi optoerottimilla.The error in the output voltage of the inverter is mainly caused by the couplers of the power components, which distort the pulse ratio, as well as the changes in the DC voltage supplied to the inverter, which affect the amplitude of the output voltage pulses. The couplings of the power components cause distortion in the curve shape, so the pulse ratio must be adjusted as quickly as possible. The speed is achieved by measuring the pulse ratio alone, for example with opto-isolators.

Invertteriä syöttävä tasajännite mitataan erikseen. Galvaaninen erotus saavutetaan esimerkiksi muuttamalla jännite taajuudeksi ja siirtämällä näin saatu taajuus säätöpiiriin optoerottimien kautta. Samalla saadaan tieto tasajännit-teestä valvontapiireille.The DC voltage supplying the inverter is measured separately. The galvanic isolation is achieved, for example, by converting the voltage to a frequency and transferring the frequency thus obtained to the control circuit via opto-isolators. At the same time, information about the DC voltage is obtained for the control circuits.

Pulssisuhdesäätö määrää lähtöjännitteen särön ja sitä kautta esimerkiksi kuormana olevan moottorin heilurimoment-tien suuruuden. Säädön tulee olla tehokas, sillä useimmissa käytöissä momentin värähtely on erittäin haitallista. Invertteriä syöttävän tasajännitteen virhe sen sijaan aiheuttaa ainoastaan muutoksen moottorin momentin suuruuteen, jonka momentin virheen nopeussäätäjä voi korjata. Jos siis invertteriä syöttävä tasajännite pysyy riitävän tarkasti vakiona, riittää pelkkä pulssisuhteen säätö.The pulse ratio control determines the distortion of the output voltage and thus, for example, the magnitude of the pendulum torques of the loaded motor. The adjustment must be effective, as torque oscillation is very harmful in most applications. The DC voltage error supplying the inverter, on the other hand, only causes a change in the magnitude of the motor torque, which can be corrected by the torque error of the speed controller. Thus, if the DC voltage supplied to the inverter remains constant with sufficient accuracy, mere adjustment of the pulse ratio is sufficient.

Pulssisuhdetta on yleensä korjattava enintään 10 % ulostu-lojännitteen pulssisuhteesta vastaavalla määrällä. Tietyissä sovellutuksissa, esimerkiksi käytettäessä invertteriä syöttävässä tasajännitepiirissä varavoimana akkuja, on invertterin toimittava jopa 80 %:n alijännitteellä. Mittaamalla erikseen invertteriä syöttävä tasajännite voidaan tarvittava säädön dynamiikka saavuttaa helpommin joutumatta pulssisuhdesäädön kannalta hyvin pieniin signaalitasoihin normaalitilanteessa.The pulse ratio must generally be corrected by an amount corresponding to a maximum of 10% of the pulse ratio of the output voltage. In certain applications, for example when using batteries in the DC voltage circuit supplying the inverter as backup power, the inverter must operate at an undervoltage of up to 80%. By measuring the DC voltage supplied to the inverter separately, the required control dynamics can be more easily achieved without being exposed to very small signal levels for pulse ratio control in a normal situation.

Erillinen mittaus sallii sekä amplitudi- että käyrämuoto-säätöjen vaikutuksen asettelun toisistaan riippumatta. Erityisesti erillisellä mittauksella voidaan välttää liian pienen invertteriä syöttävän tasajännitteen aiheuttama 7 76224 jännitesäätäjän kyllästyminen. Lisäksi säätäjä on helpompi toteuttaa digitaalisesti, kun amplitudi ja käyrämuoto säädetään erikseen.A separate measurement allows the effect of both amplitude and curve shape adjustments to be set independently. In particular, a separate measurement can avoid saturation of the 7 76224 voltage regulator caused by too low a DC voltage supplying the inverter. In addition, the controller is easier to implement digitally when the amplitude and curve shape are adjusted separately.

Seuraavassa keksintöä selostetaan esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissaIn the following, the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista vaihekohtaista jännite-säätöä.Figure 1 shows a phase-by-phase voltage control according to the invention.

Kuvio 2 esittää invertterin vaiheen ulostulevia jännite-pulsseja.Figure 2 shows the voltage pulses of the inverter phase.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista kolmivaiheista jännite-säätöä.Figure 3 shows a three-phase voltage control according to the invention.

Tarkastellaan keksinnön mukaista menetelmää invertterin vaihejännitteen säätämiseksi aluksi kuvion 1 perusteella. Kuviossa 1 on esitetty vaihekohtainen invertterin pulssile-veysmodulaattorin ohjausjännitteen säätö, jossa huomioidaan myös tehoasteen kytkinkomponenteissa tapahtuvat jännitehäviöt. Pulssileveysmodulaattorin ohjausjännitteellä tarkoitetaan sitä moduloivaa esimerkiksi sinimuotoista jännitettä, jota verrataan pulssileveysmodulaattorissa esimerkiksi jännitegeneraattorista saatavaan kolmiojännitteeseen ohjauksien muodostamiseksi invertterin tehoasteen ohjattaville kytkimille.Consider a method according to the invention for adjusting the phase voltage of an inverter initially on the basis of Figure 1. Figure 1 shows the phase-specific control voltage control of the inverter pulse width modulator, which also takes into account the voltage losses in the power stage switch components. By the control voltage of a pulse width modulator is meant a modulating voltage, for example a sinusoidal voltage, which is compared in a pulse width modulator with a triangular voltage obtained, for example, from a voltage generator to form controls for the inverter power stage controlled switches.

Kuviossa 1 syöttää ohjaimilla 9a ja 9b varustettu invertterin tehoaste 1 kuormaa 2. Invertterin tehoasteessa 1 on transistorit Tl ja T2, joilla on ohjaimet 9a ja 9b, sekä diodit Dl ja D2 induktiivista virtaa varten. Invertterin ulostulojännite muodostuu kuvion 2 mukaisista jännitepuls-seista. Kuvion 2 mukaisen jännitteen pulssisuhteella tarkoitetaan pulssin ajan Te ja jakson ajan Td suhdetta Tc/Td; 8 76224 jännitepulssien amplitudi taas määräytyy invertteriä syöttävästä tasajännitteestä kuviosta 1, joka tasajännite on positiivisen jännitteen +VDC ja negatiivisen jännitteen -VDC erotus. Invertterin ulostulojännitteen keskiarvo määräytyy pulssisuhteen ja pulssien amplitudin perusteella. Keskiarvon määräytyminen on alan ammattimiehelle tunnettua, eikä siihen puututa tässä tarkemmin.In Fig. 1, an inverter power stage 1 equipped with controllers 9a and 9b supplies a load 2. The inverter power stage 1 has transistors T1 and T2 with controllers 9a and 9b and diodes D1 and D2 for inductive current. The output voltage of the inverter consists of the voltage pulses according to Figure 2. The pulse ratio of the voltage according to Figure 2 means the ratio Tc / Td of the pulse time Te and the period Td; The amplitude of the 8 76224 voltage pulses, on the other hand, is determined by the DC voltage supplied by the inverter from Figure 1, which DC voltage is the difference between the positive voltage + VDC and the negative voltage -VDC. The average of the output voltage of the inverter is determined by the pulse ratio and the amplitude of the pulses. The determination of the average is known to a person skilled in the art and will not be discussed in more detail here.

Kuorman 2 saama todellinen pulssisuhde k mitataan optoerot-timella 3. Kuormaan 2 menevien jännitepulssien amplitudi muutetaan pulssien amplitudin suuruiseksi tasajännitteeksi U amplitudin mittauspiirissä 4. Amplitudin mittauspiirissä 4 on pulssinmuokkain 10, jolla jännitepulssien amplitudi muutetaan tasajännitteeksi. Pulssinmuokkain 10 voi olla esimerkiksi huippuarvon pitopiiri. Pulssinmuokkaimesta 10 saatu tasajännite ohjataan jännitetaajuusmuuntimeen 11, jossa pulssimuokkaimesta saatu tasajännite muutetaan taajuudeksi, ja edelleen optoerottimen 12 kautta taajuusjänni-temuuntimeen 13. Optoerottimien 3 ja 12 tehtävänä on erottaa säätöpiiri galvaanisesti invertterin ulostulopiiristä. Taajuusjännitemuuntimessa 13 muutetaan jännitetaajuusmuun-timessa 11 muodostettu taajuus jännitepulssien amplitudin suuruiseksi tasajännitteeksi U.The actual pulse ratio k obtained by the load 2 is measured by an opto-isolator 3. The amplitude of the voltage pulses going to the load 2 is converted to a DC voltage equal to the amplitude of the pulses in the amplitude measuring circuit 4. The amplitude measuring circuit 4 has a pulse converter 10 for converting the voltage pulses to DC voltage. The pulse modifier 10 may be, for example, a peak holding circuit. The DC voltage obtained from the pulse converter 10 is fed to a voltage frequency converter 11, where the DC voltage obtained from the pulse converter is converted to a frequency, and further via an optocoupler 12 to a frequency voltage converter 13. The optocouplers 3 and 12 function to galvanically separate the control circuit from the inverter output circuit. In the frequency voltage converter 13, the frequency generated in the voltage frequency converter 11 is converted into a direct voltage U equal to the amplitude of the voltage pulses.

Jännitesäätäjän 6 sisääntulosuure d muodostetaan eropiiris-sä 5. Eropiirissä 5 on kertolaskuelin 14, jossa muodostetaan oloarvojännite optoerottimessa 3 mitatusta invertterin ulostulevan vaihejännitteen pulssisuhteesta k ja amplitudin mittauspiirissä 4 muodostetusta tasajännitteestä U. Eroeli-messä 15 muodostetaan jännitesäätäjän 6 sisääntulosuure d vähentämällä ohjearvojännitteestä V* kertolaskuelimestä 14 saatu oloarvojännite.The input variable d of the voltage regulator 6 is formed in the differential circuit 5. The differential circuit 5 has a multiplier 14 in which the actual value voltage is generated from the inverter output phase voltage pulse ratio k actual voltage obtained.

Jännitesäätäjä 6 voi olla esimerkiksi P-säätäjä, jonka rakenne on alan ammattimiehelle tunnettua tekniikkaa.The voltage regulator 6 may be, for example, a P regulator, the construction of which is known to a person skilled in the art.

9 76224 Jännitesäätäjän 6 ulostulosta saadaan korjauslcomponentti dV, joka yhdistetään ohjearvoon V* yhteenlaskuelimessä 7, jossa muodostetaan pulssileveysmodulaattorin 8 ohjausjänni-te V. Pulssileveysmodulaattorin ulostulojännitteet viedään ohjaimiin 9a ja 9b, joilla ohjataan transistoreita Tl ja T2. Ohjaimien 9a ja 9b rakennetta ei käsitellä tarkemmin, koska niiden rakenne on alan ammattimiehelle tunnettua, eikä kuulu tämän keksinnön aihepiiriin.The output of the voltage regulator 6 provides a correction component dV, which is connected to a reference value V * in an adder 7, where the control voltage V of the pulse width modulator 8 is formed. The output voltages of the pulse width modulator are applied to controllers 9a and 9b to control transistors T1. The structure of the guides 9a and 9b will not be discussed in more detail because their structure is known to a person skilled in the art and does not fall within the scope of the present invention.

Koska kytkinkomponenteissa tapahtuvat jännitehäviöt ovat yleensä merkityksettömän pieniä, voidaan invertterin ulos-tulevien jännitepulssien amplitudin suuruinen tasajännite muodostaa myös mittaamalla invertteriä syöttävä tasajännite. Tällöin kuvion 3 mukaisesti ainoastaan invertterin pulssisuhdetta säädetään takaisinkytketyllä säädöllä, pulssien amplitudin virheet sen sijaan korjataan myötäkyt-ketyllä säädöllä.Since the voltage losses in the switch components are generally insignificant, a DC voltage equal to the amplitude of the output pulses of the inverter can also be generated by measuring the DC voltage supplied to the inverter. In this case, according to Fig. 3, only the pulse ratio of the inverter is adjusted by the feedback control, the errors of the pulse amplitude are instead corrected by the feedback control.

Kuviossa 3 transistorit T3 - T8, joilla on ohjaimet 24a - 24f, muodostavat diodien D3 - D8 kanssa kolmivaiheisen invertterin tehoasteen 16. Tehoaste 16 syöttää kolmivaiheista kuormaa 17. Invertterin ulostulevat vaihejännit-teet muodostuvat kuvion 2 mukaisista jännitepulsseista kuten yksivaihesäädössä kuviossa 1. Jännitepulssien amplitudin määrää invertteriä syöttävä tasajännite, joka on psitiivisen jännitteen VDC ja negatiivisen jännitteen -VDC erotus.In Fig. 3, transistors T3 to T8 having controllers 24a to 24f together with diodes D3 to D8 form a power stage 16 of a three-phase inverter. The power stage 16 supplies a three-phase load 17. The output phase voltages of the inverter are formed by the voltage pulses the DC voltage supplied to the inverter, which is the difference between the positive voltage VDC and the negative voltage -VDC.

Invertterin ulostulosta mitataan kunkin vaihejännitteen pulssisuhde ka, kb ja ke optoerottimilla 18a - 18c, ja muodostetaan kunkin ulostulevan vaihejännitteen pulssien amplitudin suuruinen tasajännite U1 amplitudin mittauspii-rissä 19. Amplitudin mittauspiirissä 19 on jännitetaajuus-muunnin 25 invertteriä syöttävän tasajännitteen muuttamiseksi taajuudeksi, optoerotin 26 säätöpiirin erottamiseksi 76224 10 galvaanisesti invertteriä syöttävästä tasajännitepiiristä sekä taajuusjännitemuunnin 27 taajuuden muuttamiseksi tasajännitteeksi U'.From the output of the inverter, the pulse ratio ka, kb and ke of each phase voltage is measured by optocouplers 18a to 18c, and a DC voltage U1 equal to the amplitude of the pulses of each output phase voltage is generated in the amplitude measuring circuit 19. The amplitude measuring circuit 19 has a 76224 10 of a DC voltage circuit galvanically supplying the inverter and a frequency voltage converter 27 for converting the frequency to a DC voltage U '.

Eropiirissä 20 muodostetaan kunkin vaiheen jännitesäätäjän 21a - 21c sisääntulosuureet da, db ja dc pulssisuhteista ka, kb ja ke sekä tasajännitteestä U'. Mittauspiiristä 19 saatu tasajännite U' johdetaan jakolaskuelimeen 28 jakajaksi siten skaalattuna, että syöttöjännitteen nimellisarvolla jakaja on yksi. Jaettavana on ohjearvojännitteen amplitudi A. Kunkin vaiheen ohjearvojännitteen Va*, Vb* ja Vc* muodostamiseksi kerrotaan jakolaskuelimestä 28 saadulla signaalilla ohjearvojännitteen muodon ja jännitteen sisältävä kunkin vaiheen muoto-ohje a, b ja c kertolaskuelimissä 29a - 29c. Näin saadaan kompensoitua syöttöjännitteen vaihtelun vaikutus kuorman 17 saamaan jännitteeseen.In the differential circuit 20, the input values da, db and dc of the voltage regulator 21a to 21c of each phase are formed from the pulse ratios ka, kb and ke and the direct voltage U '. The DC voltage U 'obtained from the measuring circuit 19 is applied to the divider counter 28 as a divider scaled so that at the nominal value of the supply voltage the divider is one. The amplitude A of the setpoint voltage is divided. To generate the setpoint voltage Va *, Vb * and Vc * of each phase, the signal from the divider 28 is multiplied by the shape reference a and b in each of the multipliers 29a to 29c. In this way, the effect of the variation of the supply voltage on the voltage received by the load 17 can be compensated.

Eroelimissä 30a - 30c muodostetaan kunkin vaiheen jännite-säätäjän 21a - 21c sisääntulosuureet da, db ja dc vähentämällä ohjearvojännitteistä Va*, Vb* ja Vc* optoerottimilla 18a - 18c mitatut vaihejännitteiden pulssisuhteet ka, kb ja ke.In the difference elements 30a to 30c, the input values da, db and dc of each voltage regulator 21a to 21c are formed by subtracting the phase voltage pulse ratios ka, kb and ke measured by the optocouplers 18a to 18c from the reference voltages Va *, Vb * and Vc *.

Kolmivaiheisen pulssileveysmodulaattorin 23 ohjausjännitteiden Va, Vb ja Vc muodostamiseksi yhdistetään jännitesäätä jistä 21a - 21c saatavat korjauskomponentit dVa, dvb ja dvc yhteenlaskuelimissä 22a - 22c ohjearvojännitteisiin Va*, Vb* ja Vc*. Näistä vaiheiden ohjausjännitteistä Va, Vb ja Vc muodostetaan pulssileveysmodulaattorissa 23 transis-toreiden T3 - T8 ohjaimiin 24a - 24f kytkettävät jännite-pulssit siten, että vaiheen a ohjausjänite Va ohjaa tran-sistoreita T3 ja T4, vaiheen b ohjausjännite Vb ohjaa transistoreita T5 ja T6 ja vaiheen c ohjausjännite Vc ohjaa transistoreita T7 ja T8.To form the control voltages Va, Vb and Vc of the three-phase pulse width modulator 23, the correction components dVa, dvb and dvc obtained from the voltage regulators 21a to 21c are combined in the summing elements 22a to 22c with the reference voltages Va *, Vb * and Vc *. From these phase control voltages Va, Vb and Vc, voltage pulses are connected in the pulse width modulator 23 to the controllers 24a to 24f of transistors T3 to T8 so that the control voltage Va of phase a controls transistors T3 and T4, the control voltage Vb of phase b controls T6 and T5 the control voltage Vc of phase c controls transistors T7 and T8.

11 7622411 76224

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellu-tusmuodot eivät rajoitu ainoastaan yllä kuvattuihin esimerkkeihin, vaan voivat vaihdella seuraavassa esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to those skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the following claims.

Claims

76224

A method for controlling the phase voltage of an inverter, wherein the phase control voltage (V; Va, Vb, Vc) of the inverter pulse width modulator (8-23) is controlled by a voltage regulator (6; 21a-21c) known per se, the input variable of the voltage regulator (6; 21a-21c) difference between setpoint and actual value (d; da, db, dc), characterized in that the input variable (d; da, db, dc) of the voltage regulator (6; 21a-21c) is formed in the differential circuit (5; 20) to which the differential circuit (5; 20) the quantity representing the output voltage of the inverter to be conducted is divided into two components, signals from pulse ratio and amplitude measurements (k, U; ka, kb, kc, U '), the difference value (15; 30a-30c) of the difference circuit (5; 20) using at least said signal from the measurement of the pulse ratio (k; ka, kb, kc), and in which difference signal (5; 20) said signal from the measurement of amplitude (U, U ') is combined as a factor with said difference element (15-30a-30c) actual or setpoint.

Method according to Claim 1, characterized in that the pulse ratio of the output phase voltage of the inverter is measured by an optocoupler (3; 18a-18c).

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the amplitude of the inverter's output phase voltage pulses is measured in the amplitude measuring circuit (4) by converting the amplitude of the inverter's output voltage pulses to DC in the pulse converter (10), converting the resulting DC voltage to frequency via an opto-isolator (12) to a frequency-to-voltage converter (13), in which the frequency-to-voltage converter (13) converts the frequency to a direct voltage (U). 76224

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the input variable (d) of the voltage regulator (6) is formed in the difference circuit (5) by multiplying the signal (k) from the pulse ratio measurement by the signal (U) from the amplitude measuring circuit (4). (14) and subtracting the actual voltage generated in the multiplier (14) from the reference voltage (V *) in the differential element (15).

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that a three-phase inverter is used as the inverter.

Method according to Claim 1, 2 or 5, characterized in that the amplitude measuring circuit (19) measures a DC voltage equal to the output voltage pulses of the inverter phases by converting the DC voltage supplying the inverter to a frequency and controlling the frequency from the voltage converter (25) via a frequency voltage converter (27), in which the frequency is converted to a direct voltage (U *) in the frequency voltage converter (27).

Method according to Claim 1, 2, 5 or 6, characterized in that the input variable (da, db, dc) of the voltage regulator (21a-21c) of each phase is formed in the difference circuit (20) by the signal (ka, kb, ke) and the DC voltage (U ') from the amplitude measuring circuit (19) by directing the DC voltage (U') as a divider to a divider (28) having a setpoint voltage amplitude (A) to be divided by generating the amplitude from the divider (28); on the basis of the shape reference (a, b, c) of each phase of the setpoint voltage, the setpoint voltages (Va *, Vb *, Vc *) of each phase in the multipliers 7 62 2 4 (29a-29c) and by generating the setpoint voltage (Va *, Vb *, Vc) of each phase *) and the difference (da, db, dc) of the signal (ka, kb, ke) obtained from the measurement of the pulse ratio of the output voltage of each phase in the difference elements (30a-30c).

Apparatus for applying claim 1, the apparatus comprising a voltage regulator (6; 21a-21c) known per se for controlling the phase control voltage (V; Va, Vb, Vc) of the inverter pulse width modulator (8; 23), the voltage regulator (6; 21a-21c) the input variable is the difference between the setpoint and the actual value (d; da, db, dc), characterized in that the device has a pulse ratio measuring means (3; 18a-18c) for measuring the pulse ratio of the inverter output phase voltage, an amplitude measuring circuit (4; 19) for inverter output phase voltage pulses and the difference circuit (5; 20) into which the quantity representing the output voltage of the inverter to be applied to the difference circuit (5? 20) is divided into two components, the signals from the pulse ratio and amplitude measurements (k, U; ka, kb, kc, U '). (5; 20) in the difference element (15; 30a-30c) at least said signal from the measurement of the pulse ratio (k; ka, kb, kc) is used as the actual value, and in which difference signal (5; 20) the signal from the amplitude measurement ali (U, U ') is connected as a factor to the actual or reference value coming to said difference element (15-30a-30c).

Device according to Claim 8, characterized in that the pulse ratio measuring element (3; 18a-18c) is an optocoupler.

Device according to Claim 8 or 9, characterized in that the amplitude measuring circuit (4) has a pulse converter (10) for converting the output voltage pulses of the inverter to direct voltage, a voltage frequency converter (11) for converting the direct voltage 15 76224 from the pulse converter (10) to frequency (12) to provide a galvanic isolation between the control circuit and the power circuit and a frequency voltage converter (13) for converting the frequency to a direct voltage (U).

Device according to Claim 8, 9 or 10, characterized in that the difference circuit (5) has a multiplier (14) for generating the actual value voltage by multiplying the signal (k) from the pulse ratio measurement by the DC voltage (U) from the amplitude measuring circuit (4) and the difference element (15). ) to subtract the actual voltage generated in the multiplier (14) from the reference voltage (V *).

Device according to Claim 8 or 9, characterized in that the inverter is a three-phase inverter.

Device according to Claim 8, 9 or 12, characterized in that the amplitude measuring circuit (19) has a voltage frequency converter (25) for converting the inverter-supplied DC voltage to a frequency, a optocoupler (26) for galvanically separating the control circuit from the inverter-supplied DC voltage circuit U ').

Device according to Claim 8, 9, 12 or 13, characterized in that the differential circuit (20) has a divider (28) for compensating for variations in the supply voltage, in which the amplitude (A) of the setpoint voltage is divided and the DC voltage from the amplitude measuring circuit (19) is divided by U ·), multipliers (29a-29c) for each phase to generate voltages (Va *, Vb *, Vc *) from the amplitude from the divider (28) and shape form (a, b, c) for each phase of the reference voltage, and differential elements (30a- 30c) to form the difference (da, db, dc) between the reference voltage (Va *, Vb *, Vc *) of each phase and the signal (ka, kb, ke) 76224 obtained from the measurement of the pulse ratio of each phase. 76224