JP2001061283A - Three-phase neutral clamped pwn inverter device - Google Patents

Three-phase neutral clamped pwn inverter device

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JP2001061283A
JP2001061283A JP11233287A JP23328799A JP2001061283A JP 2001061283 A JP2001061283 A JP 2001061283A JP 11233287 A JP11233287 A JP 11233287A JP 23328799 A JP23328799 A JP 23328799A JP 2001061283 A JP2001061283 A JP 2001061283A
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neutral point
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clamp type
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Katsutoshi Yamanaka
克利 山中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the safety and the quality of the output voltage of a three-phase neutral clamped PWM inverter device by making the potential at the neutral point adjustable at over-modulating time, by compensating the phase output terminals of three phases out of eight switching states with six switching states except two switching states by simultaneously connecting the output terminals to a positive or negative bus. SOLUTION: The time of a three-phase output voltage at which six switching states in which a positive bus P, a negative bus N, and a neutral line O are respectively connected to phase output terminals of three phases 1 is suppressed to a first set value or lower. The deficiency of the output voltage of a three-phase neutral clamped inverter device caused by the suppression of the time can be compensated with six switching states except two switching states, by simultaneously connecting the phase output terminals of the three phases 1 to the positive or negative bus P or N out of the eight switching states, in which each of the phase output terminals is connected to the positive or negative bus P or N. Therefore, the safety and the quality of the output voltage of the inverter device can be improved, because the fluctuation of the neutral potential can be suppressed and, in addition, the neutral potential can be adjusted at over-modulating time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの可変速駆
動をおこなうインバータ・サーボドライブ等の電力変換
装置や系統連系する電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion device such as an inverter and a servo drive for driving a motor at a variable speed, and a power conversion device for system interconnection.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、3相中性点クランプ式PWMイン
バータ装置のPWMパルス発生方法としては、特開平5
−146160に示されているように振幅指令と搬送波
を比較してパルスを出力するユニポーラ変調・ダイポー
ラ変調や、特開平5−292754のように空間ベクト
ルの考え方を用いて各ベクトルの発生時間を演算しPW
Mパルスを発生する方式がある。図10は3相中性点ク
ランプ式PWMインバータの出力電圧ベクトルを平面へ
図示したベクトル図である。3相中性点クランプ式PW
Mインバータの相出力端子が正母線へ接続されたスイッ
チ状態をP、負母線へ接続されたスイッチ状態をN、中
性線へ接続されたスイッチ状態をOとし、出力相のUV
Wの順序で並べるとすれば、3相中性点クランプ式イン
バータが取り得る出力電圧ベクトルは図10に示すよう
な27種類のスイッチ状態をとる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a PWM pulse generating method for a three-phase neutral point clamp type PWM inverter device is disclosed in
The generation time of each vector is calculated using the unipolar modulation / dipolar modulation that outputs a pulse by comparing an amplitude command and a carrier as shown in -146160 or the concept of a space vector as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-292754. PW
There is a method of generating M pulses. FIG. 10 is a vector diagram showing the output voltage vector of the three-phase neutral point clamp type PWM inverter on a plane. Three-phase neutral point clamp type PW
The state of the switch whose phase output terminal of the M inverter is connected to the positive bus is P, the state of the switch connected to the negative bus is N, the state of the switch connected to the neutral line is O, and the UV of the output phase is
If arranged in the order of W, the output voltage vector that can be taken by the three-phase neutral point clamp type inverter has 27 kinds of switch states as shown in FIG.

【0003】ここで、説明の便宜上、図10に示す3相
中性点クランプ式PWMインバータが取り得る27種類
のスイッチ状態を 零ベクトル PPP:Op OOO:Oo NNN:On xベクトル POO,OPO,OOP:xp ONN,NON,NNO:xn yベクトル PPO,OPP,POP:yp OON,NOO,ONO:yn zベクトル PON,OPN,NPO,NOP,ONP:z aベクトル PNN,NPN,NNP:a bベクトル PPN,NPP,PNP:b とグループに分け、 零ベクトルとxベクトル,yベクトルで囲まれた領域を
1−1〜6−1 xベクトル,aベクトル,zベクトルで囲まれた領域を
1−2〜6−2 xベクトル,yベクトル,zベクトルで囲まれた領域を
1−3〜6−3 yベクトル,bベクトル,zベクトルで囲まれた領域を
1−4〜6−4 のように区分けする。3相中性点クランプ式PWMイン
バータが図10に示す領域内のある電圧ベクトルAを出
力するには、その電圧ベクトルの先端に最も距離が近い
スイッチ状態のベクトルを使って、それらのベクトルを
順次発生させ、ある単位時間内のベクトルの合成値が電
圧ベクトルAと同じになるようにパルス幅変調(PW
M)を行い出力電圧を得る。
Here, for convenience of explanation, 27 kinds of switch states that can be taken by the three-phase neutral point clamp type PWM inverter shown in FIG. 10 are described as zero vector PPP: Op OOO: Oo NNN: Onx vector POO, OPO, OOP : Xp ONN, NON, NNO: xny vector PPO, OPP, POP: yp OON, NOO, ONO: yn vector PON, OPN, NPO, NOP, ONP: za vector PNN, NPN, NNP: ab vector PPN , NPP, PNP: b, and the area surrounded by the zero vector, the x vector, and the y vector is 1-1 to 6-1. The area surrounded by the x vector, the a vector, and the z vector is 1-2. 6-2 The area surrounded by the x vector, y vector, and z vector is defined as 1-3 to 6-3 y vector, b vector, Partitioning the area surrounded by the vector as 1-4~6-4. In order for the three-phase neutral point clamp type PWM inverter to output a certain voltage vector A in the area shown in FIG. 10, the vectors of the switch state closest to the tip of the voltage vector are used, and these vectors are sequentially converted. Pulse width modulation (PW) so that the composite value of the vector within a certain unit time is the same as the voltage vector A.
M) to obtain an output voltage.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】3相中性点クランプ式
PWMインバータでは、図9のように中性点電圧を作る
ために主回路正母線Pと負母線間Nに平滑コンデンサ
3,4を偶数個直列に接続し、正母線Pと負母線Nのち
ょうど中間の電圧となるコンデンサの端子0から中性線
を取り出して利用するのが一般的である。図9におい
て、1は三相交流電源、2は整流ダイオードブリッジ、
6〜11はクランプダイオード、12〜23は還流ダイ
オード、24〜35はIGBT、36〜38は電流セン
サ、39は負荷モータである。前記の中性線0はPWM
インバータ出力負荷(負荷モータ39)とPWMインバ
ータのスイッチの状態によって図7、図8のように接続
される。中性線の電位(中性点電位)は正母線・負母線
からコンデンサを充電する電流と接続された負荷からの
電流によって変動する。図7に示すスイッチ状態におい
て、負荷へ出力する線間電圧は同じであるが、中性線へ
接続される負荷の相が異なるスイッチ状態の組(図7で
隣り合うスイッチ状態を一組とする)を利用し、この組
のスイッチ状態が発生される時間比率を調節することで
中性点電位を細かく制御することが可能である。しか
し、図8に示すスイッチの状態では、中性線に接続され
る負荷の相電流とこのスイッチ状態が発生される時間比
率によって中性点電位が変動し、これを完全に補正する
スイッチ状態が存在しないため、図8のスイッチ状態で
引き起こされた中性点電位変動は図7のスイッチ状態を
使って補正しなければならない。
In a three-phase neutral point clamp type PWM inverter, smoothing capacitors 3 and 4 are provided between a main circuit positive bus P and a negative bus N in order to generate a neutral point voltage as shown in FIG. In general, even numbers are connected in series, and a neutral wire is taken out from a terminal 0 of a capacitor having a voltage exactly intermediate between the positive bus P and the negative bus N and used. 9, 1 is a three-phase AC power supply, 2 is a rectifier diode bridge,
6 to 11 are clamp diodes, 12 to 23 are freewheeling diodes, 24 to 35 are IGBTs, 36 to 38 are current sensors, and 39 is a load motor. The neutral line 0 is PWM
Connection is made as shown in FIGS. 7 and 8 depending on the inverter output load (load motor 39) and the state of the switches of the PWM inverter. The potential of the neutral line (neutral point potential) varies depending on the current for charging the capacitor from the positive and negative buses and the current from the connected load. In the switch state shown in FIG. 7, the line voltage output to the load is the same, but the phase of the load connected to the neutral line is different. ), The neutral point potential can be finely controlled by adjusting the time ratio at which this set of switch states is generated. However, in the switch state shown in FIG. 8, the neutral point potential fluctuates depending on the phase current of the load connected to the neutral line and the time ratio at which the switch state is generated, and the switch state for completely correcting the neutral point potential is changed. Since they do not exist, the neutral potential fluctuations caused by the switch state of FIG. 8 must be corrected using the switch state of FIG.

【0005】そこで、従来は特開平2−261063号
公報に示されているように変調率に零相電圧を加え、図
7に示した組のスイッチ状態の発生時間を調節し負荷へ
供給する線間出力電圧を変えずに中性点電位変動をコン
トロールしている。また空間ベクトル的な方法でも出力
されるべき電圧ベクトルを図7に示したスイッチ状態の
組を使用するように出力し、その組のスイッチ状態の発
生時間を調節して中性点電位をコントロールしていた。
3相中性点クランプ式PWMインバータでは、図8のス
イッチ状態時の中性点電位変動が、図8より中性線に接
続された負荷の相電流によって決まる。中性線に接続さ
れる負荷の相電流(負荷力率=1のとき)を図11に示
すと、中性線に接続される負荷の相電流110の向きは
出力電圧ベクトルが120度変化する間に必ず反転する
ため、この影響により中性点電位は出力周波数の3倍の
周波数で変動するといった問題があった。さらに、変調
率がかなり大きい場合には図7に示すスイッチ状態より
も、図8に示すスイッチ状態の発生時間比率が大きくな
り、変調率が約1.15を超える過変調状態では、図7
に示すスイッチ状態の発生時間比率が完全に零になっ
て、図8に示すスイッチ状態によって起こる中性点電位
の変動を抑制することができないという問題があった。
そこで本発明が解決しようとする課題は、3相中性点ク
ランプ式PWMインバータ装置の中性点電位変動を抑制
し、さらに従来不可能であった過変調時の中性点電位の
調整を可能とし、安全性の向上、出力電圧品質の向上を
図ることである。
Therefore, conventionally, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-261630, a zero-phase voltage is applied to the modulation factor to adjust the generation time of the set of switch states shown in FIG. Neutral point potential fluctuation is controlled without changing the output voltage during the period. Also, a voltage vector to be output is output using a set of switch states shown in FIG. 7 in a space vector manner, and a neutral point potential is controlled by adjusting the generation time of the switch states of the set. I was
In the three-phase neutral point clamp PWM inverter, the neutral point potential fluctuation in the switch state of FIG. 8 is determined by the phase current of the load connected to the neutral line from FIG. FIG. 11 shows the phase current of the load connected to the neutral line (when the load power factor = 1). As for the direction of the phase current 110 of the load connected to the neutral line, the output voltage vector changes by 120 degrees. In this case, the neutral point potential fluctuates at a frequency three times the output frequency. Further, when the modulation rate is considerably large, the occurrence time ratio of the switch state shown in FIG. 8 becomes larger than that in the switch state shown in FIG. 7, and in the overmodulation state where the modulation rate exceeds about 1.15, FIG.
8 has become completely zero, and there has been a problem that the fluctuation of the neutral point potential caused by the switch state shown in FIG. 8 cannot be suppressed.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to suppress the neutral point potential fluctuation of the three-phase neutral point clamp type PWM inverter device and to adjust the neutral point potential at the time of overmodulation, which was impossible in the past. It is intended to improve safety and output voltage quality.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、 (1)正母線と負母線と中性線とを有し、前記正母線と
相電圧出力端子間、並びに前記負母線と前記相出力端子
間に、それぞれ第1及び第2のスイッチ素子、並びに第
3及び第4のスイッチ素子を直列接続するとともに、前
記第1と前記第2のスイッチ素子の接続点、及び前記第
3と前記第4のスイッチ素子の接続点をそれぞれクラン
プ素子を介して前記中性線と接続された中性点クランプ
式PWMインバータを3相分設けた3相中性点クランプ
式PWMインバータにおいて、前記正母線、前記負母
線、前記中性線が、それぞれ3相の前記相出力端子に接
続される6つのスイッチ状態となる3相出力電圧の時間
を第1の設定値以下に抑制し、前記第1の設定値以下に
抑制されたことに伴う出力電圧の不足分を、3相の前記
相出力端子各々が前記正母線または前記負母線に接続さ
れる8つのスイッチ状態の中から3相の前記相出力端子
が3つ同時に前記正母線または負母線に接続される2つ
のスイッチ状態を除く6つのスイッチ状態で補うことを
特徴とする3相中性点クランプ式PWMインバータ装置
とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides: (1) a positive bus, a negative bus, and a neutral wire, wherein the positive bus, the phase voltage output terminal, and the negative bus are provided; A first and a second switch element, and a third and a fourth switch element are connected in series between the bus and the phase output terminal, respectively, and a connection point between the first and the second switch elements; In a three-phase neutral point clamp type PWM inverter provided with three neutral point clamp type PWM inverters each having a connection point of the third and fourth switch elements connected to the neutral line via a clamp element for three phases. , The positive bus, the negative bus, and the neutral conductor are each connected to the three-phase output terminal of three phases, and suppress the time of the three-phase output voltage to be equal to or less than the first set value, Suppressed below the first set value. The three output terminals of the three phases are simultaneously selected from the eight switch states in which each of the three phase output terminals is connected to the positive bus or the negative bus. A three-phase neutral point-clamped PWM inverter device characterized in that six switch states are supplemented except for two switch states connected to the positive bus or the negative bus.

【0007】(2)前記(1)の3相中性点クランプ式
PWMインバータ装置において、前記第1の設定値以下
に抑制される6つのスイッチ状態から、前記出力電圧の
不足分を補う前記6つのスイッチ状態へ移行する際に前
記中性点クランプ式PWMインバータの1相のみのスイ
ッチ状態が変化することを特徴とする3相中性点クラン
プ式PWMインバータ装置とする。 (3)前記(1)または(2)の3相中性点クランプ式
PWMインバータ装置において、前記第1の設定値を変
調率の値によって変化させることを特徴とする3相中性
点クランプ式PWMインバータ装置とする。 (4)前記(1)または(2)の3相中性点クランプ式
PWMインバータ装置において、前記第1の設定値を中
性線に流れる電流の方向又は出力電流の位相によって変
化させることを特徴とする3相中性点クランプ式PWM
インバータ装置とする。 (5)前記(1)または(2)の3相中性点クランプ式
PWMインバータ装置において、前記第1の設定値を前
記中性線の電圧値に応じて変化させることを特徴とする
3相中性点クランプ式PWMインバータ装置とする。
(2) In the three-phase neutral point clamp type PWM inverter device of (1), the six switch states suppressed to be equal to or less than the first set value compensate for the shortage of the output voltage. A three-phase neutral point-clamped PWM inverter device characterized in that the switch state of only one phase of the neutral point-clamped PWM inverter changes at the time of transition to two switch states. (3) In the three-phase neutral point-clamped PWM inverter device according to (1) or (2), the first set value is changed depending on a value of a modulation factor. It is assumed to be a PWM inverter device. (4) In the three-phase neutral point-clamped PWM inverter device according to (1) or (2), the first set value is changed according to a direction of a current flowing through a neutral wire or a phase of an output current. -Phase neutral point clamp PWM
Inverter device. (5) In the three-phase neutral point clamp type PWM inverter device according to (1) or (2), the first set value is changed according to a voltage value of the neutral line. Neutral point clamp type PWM inverter device.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図1〜図4は本発明のPWM
出力パルス列の一例である。図1〜図4ではPWM出力
の周期を2×T、横軸を時系列とし左から右の順にパル
スが出力されるとして図示している。図1〜図3に示し
た例では出力する電圧ベクトルに近接した3ベクトル
に、zベクトルが含まれた場合には、zベクトルから一
相のだけのスイッチ状態の変化で移動でき、かつ近接し
た3ベクトルに含まれないaまたはbベクトルも出力す
る。 1−3〜6−3領域(図1) 例1: yp→b→z→yn→xn→a→z→xp→y
p 1−2〜6−2領域(図2) 例2: xp→z→b→z→a→xn,xn→a→z→
b→z→xp 例3: b→z→xp→a→xn,xn→a→xp→z
→b 1−4〜6−4領域(図3) 例4: yp→b→z→a→z→yn,yn→z→a→
b→yp 例5: yp→b→yn→z→a,a→z→yn→b→
yp 上記例には示していないが、上記例と逆順(右から左の
順にPWMパルスを出力)でも出力電圧の平均値は上記
例と同じとなる。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 to 4 show the PWM of the present invention.
It is an example of an output pulse train. FIGS. 1 to 4 show that the PWM output cycle is 2 × T, the horizontal axis is time series, and pulses are output in order from left to right. In the examples shown in FIGS. 1 to 3, when the z vector is included in the three vectors close to the output voltage vector, the z vector can be moved by a change in the switch state of only one phase from the z vector, and the z vector can be moved. Also output a or b vectors not included in the three vectors. 1-3 to 6-3 region (FIG. 1) Example 1: yp → b → z → yn → xn → a → z → xp → y
p 1-2 to 6-2 region (FIG. 2) Example 2: xp → z → b → z → a → xn, xn → a → z →
b → z → xp Example 3: b → z → xp → a → xn, xn → a → xp → z
→ b 1-4 to 6-4 region (FIG. 3) Example 4: yp → b → z → a → z → yn, yn → z → a →
b → yp Example 5: yp → b → yn → z → a, a → z → yn → b →
yp Although not shown in the above example, the average value of the output voltage is the same as in the above example even in the reverse order of the above example (PWM pulses are output in order from right to left).

【0009】前述のようなパルス列を出力するとき、各
スイッチ状態の発生時間は出力する電圧ベクトルの変調
率をk(図10の六角形の内接円半径を1とする)、角
度的に一番近いaベクトルからのなす角をθ、PWM出
力パルスの周期をTとし、zベクトルの出力時間をT2
とした場合には 1−3〜6−3領域では 零ベクトルの発生時間(T0)は T0=0 xベクトルの発生時間(T1)は T1=T{1−2ksin
θ} zベクトルの発生時間(T2)は T2=T{2ksin(θ+
π/3)−1}以下且つ零以上の任意値 yベクトルの発生時間(T3)は T3=T{1−2ksin
(π/3−θ)} aベクトルの発生時間(T4)は T4=[T{2ksin(θ+
π/3)-1}−T2]/2 bベクトルの発生時間(T5)は T5=[T{2ksin(θ'+
π/3)-1}−T2]/2 1−2〜6−2領域では 零ベクトルの発生時間(T0)は T0=0 xベクトルの発生時間(T1)は T1=T{1−ksin(θ
+π/3)} zベクトルの発生時間(T2)は T2=2Tksinθ以下
且つ零以上の任意値 yベクトルの発生時間(T3)は T3=0 aベクトルの発生時間(T4)は T4=T(31/2kcosθ
-1)−T2/2 bベクトルの発生時間(T5)は T5=(2Tksinθ−T
2)/2 1−4〜6−4領域では 零ベクトルの発生時間(T0)は T0=0 xベクトルの発生時間(T1)は T1=0 zベクトルの発生時間(T2)は T2=2Tksin(π/3−
θ)以下且つ零以上の任意値 yベクトルの発生時間(T3)は T3=2T{1−ksin
(θ+π/3)} aベクトルの発生時間(T4)は T4={2ksin(π/3−
θ)−T2}/2 bベクトルの発生時間(T5)は T5=T(31/2kcos
(π/3-θ)-1)-T2/2のように示すことができる。
When a pulse train as described above is output, the generation time of each switch state is determined by setting the modulation rate of the output voltage vector to k (the radius of the inscribed circle of the hexagon in FIG. 10 is 1) and the angle to be one. The angle between the closest a-vector and θ is T, the period of the PWM output pulse is T, and the output time of the z-vector is T2.
In the 1-3 to 6-3 regions, the generation time (T0) of the zero vector is T0 = 0 and the generation time (T1) of the x vector is T1 = T {1-2ksin
θ} z vector generation time (T2) is T2 = T {2ksin (θ +
π / 3) -1} and an arbitrary value equal to or greater than zero The generation time (T3) of the y vector is T3 = T {1-2ksin
(π / 3−θ)} The generation time (T4) of the a vector is T4 = [T {2ksin (θ +
π / 3) -1} −T2] / 2 The generation time (T5) of the b vector is T5 = [T {2ksin (θ ′ +
π / 3) -1} -T2] / 2 In the 1-2-2-6-2 region, the generation time (T0) of the zero vector is T0 = 0 and the generation time (T1) of the x vector is T1 = T {1-ksin ( θ
+ Π / 3)} The generation time (T2) of the z vector is T2 = 2 Any value equal to or less than Tksinθ and not less than zero The generation time (T3) of the y vector is T3 = 0 The generation time (T4) of the a vector is T4 = T (3 1/2 kcosθ
-1) -T2 / 2 The generation time (T5) of the b vector is T5 = (2Tksinθ-T
2) / 2 In the 1-4 to 6-4 region, the generation time (T0) of the zero vector is T0 = 0, the generation time (T1) of the x vector is T1 = 0, and the generation time (T2) of the z vector is T2 = 2Tksin ( π / 3−
θ) Any value equal to or less than zero and equal to or greater than zero The generation time (T3) of the y vector is T3 = 2T {1-ksin
(θ + π / 3)} The generation time (T4) of the a vector is T4 = {2ksin (π / 3−
θ) −T2} / 2 b Vector generation time (T5) is T5 = T (3 1/2 kcos
(π / 3-θ) -1) -T2 / 2.

【0010】さらに1−3〜6−3領域では、 例6: yp→xp→z→a→xn→yn,yn→a→
z→xp→yp 例7: xp→yp→b→z→yn→xn,xn→yn
→z→b→yp→xp と図4に示すようなパターンを取ることもでき、その場
合の各スイッチ状態の発生時間は、 yp→xp→z→a→xn→ynの場合 零ベクトルの発生時間(T0)は T0=0 xベクトルの発生時間(T1)は T1=T{2−3ksinθ
−31/2kcosθ}+T2 zベクトルの発生時間(T2)は T2={2ksin(θ+π/
3)−1}以下且つ零以上の任意値 yベクトルの発生時間(T3)は T3=T{2ksinθ}−
T2 aベクトルの発生時間(T4)は T4=T{31/2kcosθ
+ksinθ−1}−T2 xp→yp→b→z→bn→xnの場合 零ベクトルの発生時間(T0)は T0=0 xベクトルの発生時間(T1)は T1=T{31/2kcosθ
−ksinθ}−T2 zベクトルの発生時間(T2)は T2={2ksin(θ+π/
3)−1}以下且つ零以上の任意値 yベクトルの発生時間(T3)は T3=T{2−2・31/2k
cosθ}+T2 bベクトルの発生時間(T5)は T5=T{ksinθ+3
1/2kcosθ−1}−T2 のように示すことができる。
Further, in the 1-3 to 6-3 regions, Example 6: yp → xp → z → a → xn → yn, yn → a →
z → x → yp Example 7: xp → yp → b → z → yn → xn, xn → yn
→ z → b → yp → xp It is possible to take a pattern as shown in FIG. 4. In this case, the generation time of each switch state is as follows: yp → xp → z → a → xn → yn Zero vector generation The time (T0) is T0 = 0 The generation time (T1) of the x vector is T1 = T {2−3ksinθ
-3 1/2 kcosθ} + T2 z vector generation time (T2) is T2 = {2ksin (θ + π /
3) Any value less than or equal to zero and greater than or equal to zero The generation time (T3) of the y vector is T3 = T {2ksinθ}-
T2 a vector generation time (T4) is T4 = T {3 1/2 kcosθ
+ Ksinθ-1} -T2 xp → yp → b → z → bn → xn when zero vector generation time (T0) is T0 = 0 x vector generation time (T1) is T1 = T {3 1/2 kcosθ
−ksin θ} −T2 The generation time (T2) of the z vector is T2 = {2ksin (θ + π /
3) Any value equal to or less than −1} and equal to or greater than zero The generation time (T3) of the y vector is T3 = T {2−2 · 3 1/2 k
cosθ} + T2 The generation time (T5) of the b vector is T5 = T {ksinθ + 3
1/2 kcos θ-1} -T2.

【0011】以上のようなPWM出力パルス列とすれ
ば、図8に示したzベクトルの発生時間(T2)を零以
上の任意値に決定することができ、T2を短くすること
でzベクトルによる中性点電位の変動を抑制することが
でき、変調率が大きい場合(x,yベクトルの発生時間
が短くなる場合)に中性点電位を変動させるzベクトル
の発生時間を短くできるので出力周波数の3倍で変動す
る中性点電位変動を抑制することが可能である。また、
上記のような本発明のPWMパルス列とすれば、PWM
パルスの移行の際に1相のみのスイッチ状態しか変化し
ないので、出力線間電圧の変動幅が中性点電位とほぼ同
じとなり負荷サージを抑制できる。なお、上記のPWM
パルス列は例であり、上記例以外でも本発明の特徴を満
たすパルス列は存在する。図5は本発明の一例を示すブ
ロック図である。図中101はzベクトル発生時間演算
器1、102はzベクトル発生時間上限設定器、103
はPWM発生時間演算器、104は各ベクトル発生時間
設定器、105はPWMパターン発生器である。zベク
トルの発生時間は変調率によって大幅に変化するので、
変調率が小さくzベクトルの発生時間も小さい場合に、
さらにzベクトルの発生時間を短くするとzベクトルお
よびzベクトルを補うために出力されるaまたはbベク
トルの両方の発生時間が微少となりスイッチ素子の応答
性が遅い場合には正しいパルスが出力されず、出力電圧
が不足することがある。そこで、図5に示すように、変
調率に応じてT2の設定値を変化させるzベクトル発生
時間演算器1(101)を付加し、変調率に応じてT2
の設定値を最適化し、z,a,bベクトルの各発生が短
くなり過ぎないように調節して出力電圧が不足しないよ
うな構成とする。
With the above-described PWM output pulse train, the generation time (T2) of the z vector shown in FIG. 8 can be determined to be an arbitrary value equal to or greater than zero. The fluctuation of the neutral point potential can be suppressed, and when the modulation rate is large (when the generation time of the x and y vectors is short), the generation time of the z vector that fluctuates the neutral point potential can be shortened. It is possible to suppress the neutral point potential fluctuation which fluctuates three times. Also,
If the PWM pulse train of the present invention as described above is used, PWM
Since only one phase of the switch state changes at the time of the pulse transition, the fluctuation range of the output line voltage becomes substantially the same as the neutral point potential, and the load surge can be suppressed. Note that the above PWM
The pulse train is an example, and there are other pulse trains that satisfy the characteristics of the present invention. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the present invention. In the figure, 101 is a z-vector generation time calculator 1, 102 is a z-vector generation time upper limiter, 103
Is a PWM generation time calculator, 104 is a vector generation time setting device, and 105 is a PWM pattern generator. Since the generation time of the z vector varies greatly depending on the modulation rate,
When the modulation rate is small and the time for generating the z vector is small,
When the generation time of the z vector is further shortened, the generation time of both the z vector and the a or b vector output to supplement the z vector becomes very small, and if the response of the switch element is slow, a correct pulse is not output. The output voltage may be insufficient. Therefore, as shown in FIG. 5, a z-vector generation time calculator 1 (101) for changing the set value of T2 according to the modulation rate is added.
Is optimized so that the generation of each of the z, a, and b vectors is adjusted so as not to be too short, so that the output voltage does not become insufficient.

【0012】図6は本発明の一例を示すブロック図であ
る。図中106はzベクトル発生時間演算器2である。
zベクトルを発生させた時の中性点電位の変動方向は中
性線に接続された相の負荷電流の向きで決定され、中性
線に電流が流れ込むと中性点電位は高くなり、電流が流
れ出ると中性点電位は低くなる。図6のような構成の回
路を用いて電圧ベクトルの変調率と位相、中性線に接続
された負荷の相電流の方向を図9に示す電流センサ3
6,37,38で測定し、その電流方向と中性点電位制
御指令に応じてT2の時間設定をzベクトル発生時間演
算器2(106)で演算する。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the present invention. In the figure, reference numeral 106 denotes a z vector generation time calculator 2.
The direction in which the neutral point potential fluctuates when the z vector is generated is determined by the direction of the load current of the phase connected to the neutral line. When a current flows into the neutral line, the neutral point potential increases and the current Flows out, the neutral potential decreases. The current sensor 3 shown in FIG. 9 is used to determine the modulation rate and phase of the voltage vector and the direction of the phase current of the load connected to the neutral line using a circuit having the configuration shown in FIG.
6, 37 and 38, and the time setting of T2 is calculated by the z vector generation time calculator 2 (106) according to the current direction and the neutral point potential control command.

【0013】中性点電位制御指令が (1)中性点電位を上昇させる指令の場合には、スイッ
チ状態と相電流の状態より中性線に電流が流れ込む時に
はzベクトルの発生時間比率を大きくし、それ以外では
zベクトルの発生時間比率を小さくする。 (2)中性点電位を下降させる指令の場合には、スイッ
チ状態と相電流の状態より中性線に電流が流れ出る時に
はzベクトルの発生時間比率を大きくし、それ以外では
zベクトルの発生時間比率を小さくする。 (3)中性点電位を保持する指令の場合にはzベクトル
の発生時間比率を一定値とする。 以上のようにすることで、中性点電位を所望の電位へ調
節することが可能となる。変調率が1を超えるような過
変調の状態では、従来使用していた中性点電位を調整す
ることのできるx,yベクトルの発生時間がほとんどな
なくなり、中性点電位の調整が不可能であったが、図6
に示すような回路構成でzベクトルの発生時間を調整す
ることで、過変調時でも中性点電位の調整が可能とな
る。
When the neutral point potential control command is (1) a command to increase the neutral point potential, when the current flows into the neutral line from the switch state and the phase current state, the generation time ratio of the z vector is increased. Otherwise, the generation time ratio of the z vector is reduced. (2) In the case of a command to lower the neutral point potential, when the current flows into the neutral line from the switch state and the phase current state, the generation time ratio of the z vector is increased. Decrease the ratio. (3) In the case of a command to hold the neutral point potential, the generation time ratio of the z vector is set to a constant value. By doing as described above, the neutral point potential can be adjusted to a desired potential. In a state of overmodulation in which the modulation factor exceeds 1, the generation time of the x and y vectors that can adjust the neutral point potential, which has been conventionally used, is almost eliminated, and the neutral point potential cannot be adjusted. FIG. 6
By adjusting the generation time of the z-vector with the circuit configuration shown in FIG. 1, the neutral point potential can be adjusted even during overmodulation.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば3
相中性点クランプ式PWMインバータ装置の中性点電位
変動を抑制し、さらに従来不可能であった過変調時の中
性点電位の調整が可能となり、安全性の向上、出力電圧
品質の向上を図ることができる。
As described above, according to the present invention, 3
Neutral point potential fluctuation of the phase neutral point clamp type PWM inverter device is suppressed, and the neutral point potential at the time of overmodulation, which was impossible in the past, can be adjusted, thereby improving safety and improving output voltage quality. Can be achieved.

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

【図1】 本発明のPWMパルスパターンの一例を示す
タイムチャートである。
FIG. 1 is a time chart showing an example of a PWM pulse pattern according to the present invention.

【図2】 本発明のPWMパルスパターンの一例を示す
タイムチャートである。
FIG. 2 is a time chart showing an example of a PWM pulse pattern according to the present invention.

【図3】 本発明のPWMパルスパターンの一例を示す
タイムチャートである。
FIG. 3 is a time chart showing an example of a PWM pulse pattern according to the present invention.

【図4】 本発明のPWMパルスパターンの一例を示す
タイムチャートである。
FIG. 4 is a time chart showing an example of a PWM pulse pattern according to the present invention.

【図5】 本発明のPWMパルス発生回路の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a PWM pulse generation circuit according to the present invention.

【図6】 本発明のPWMパルス発生回路の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a PWM pulse generation circuit according to the present invention.

【図7】 3相中性点クランプ式インバータのスイッチ
状態1における負荷との接続状態を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a connection state with a load in a switch state 1 of the three-phase neutral point clamp inverter.

【図8】 3相中性点クランプ式インバータのスイッチ
状態2における負荷との接続状態を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a connection state with a load in a switch state 2 of the three-phase neutral point clamp inverter.

【図9】 3相中性点クランプ式インバータの回路構成
図である。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a three-phase neutral point clamp inverter.

【図10】 3相中性点クランプ式インバータの出力電
圧空間ベクトル図である。
FIG. 10 is an output voltage space vector diagram of a three-phase neutral point clamp inverter.

【図11】 中性線に流れる電流の図(負荷力率=1)
である。
FIG. 11 is a diagram of a current flowing through a neutral wire (load power factor = 1).
It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 三相交流電源 2 整流ダイオードブリッジ 3,4 平滑コンデンサ 6〜11 クランプダイオード 12〜23 還流ダイオード 24〜35 IGBT 36〜38 電流センサ 39 負荷モータ 101 zベクトル発生時間演算器1 102 zベクトル発生時間上限設定器 103 PWM発生時間演算器 104 各ベクトル発生時間設定器 105 PWMパターン発生器 106 zベクトル発生時間演算器2 107 U相電流 108 V相電流 109 W相電流 110 zベクトル出力時に中性線に流れる電流 REFERENCE SIGNS LIST 1 three-phase AC power supply 2 rectifier diode bridge 3, 4 smoothing capacitor 6 to 11 clamp diode 12 to 23 freewheeling diode 24 to 35 IGBT 36 to 38 current sensor 39 load motor 101 z vector generation time calculator 1 102 z vector generation time upper limit Setter 103 PWM generation time calculator 104 Each vector generation time calculator 105 PWM pattern generator 106 z vector generation time calculator 2 107 U-phase current 108 V-phase current 109 W-phase current 110 Current

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正母線と負母線と中性線とを有し、前記
正母線と相電圧出力端子間並びに前記負母線と前記相出
力端子間にそれぞれ第1及び第2のスイッチ素子、並び
に第3及び第4のスイッチ素子を直列接続するととも
に、前記第1と前記第2のスイッチ素子の接続点及び前
記第3と前記第4のスイッチ素子の接続点をそれぞれク
ランプ素子を介して前記中性線と接続された中性点クラ
ンプ式PWMインバータを3相分設けた3相中性点クラ
ンプ式PWMインバータにおいて、 前記正母線、前記負母線、前記中性線が、それぞれ3相
の前記相出力端子に接続される6つのスイッチ状態とな
る3相出力電圧の時間を第1の設定値以下に抑制し、前
記第1の設定値以下に抑制されたことに伴う出力電圧の
不足分を、3相の前記相出力端子各々が前記正母線また
は前記負母線に接続される8つのスイッチ状態の中から
3相の前記相出力端子が3つ同時に前記正母線または負
母線に接続される2つのスイッチ状態を除く6つのスイ
ッチ状態で補うことを特徴とする3相中性点クランプ式
PWMインバータ装置。
A first and a second switch element between the positive bus and the phase voltage output terminal and between the negative bus and the phase output terminal; and A third and fourth switch element are connected in series, and a connection point between the first and second switch elements and a connection point between the third and fourth switch elements are respectively connected to the middle through clamp elements. In a three-phase neutral point clamp type PWM inverter provided with three neutral point clamp type PWM inverters connected to a neutral line, the positive bus, the negative bus, and the neutral line each have three phases. The time of the three-phase output voltage in the six switch states connected to the output terminal is suppressed to a first set value or less, and the shortage of the output voltage due to being suppressed to the first set value or less is calculated as follows: Each of the three phase output terminals Of the eight switch states connected to the positive bus or the negative bus, six switch states excluding two switch states where three of the three phase output terminals are simultaneously connected to the positive bus or the negative bus. A three-phase neutral point clamp type PWM inverter device characterized by supplementing.
【請求項2】 請求項1の3相中性点クランプ式PWM
インバータ装置において、前記第1の設定値以下に抑制
される6つのスイッチ状態から、前記出力電圧の不足分
を補う前記6つのスイッチ状態へ移行する際に前記中性
点クランプ式PWMインバータの1相のみのスイッチ状
態が変化することを特徴とする3相中性点クランプ式P
WMインバータ装置。
2. The three-phase neutral point clamp type PWM according to claim 1.
In the inverter device, when shifting from the six switch states suppressed to be equal to or less than the first set value to the six switch states that compensate for the shortage of the output voltage, one phase of the neutral point clamp type PWM inverter is used. The three-phase neutral point clamp type P characterized in that only the switch state changes.
WM inverter device.
【請求項3】 請求項1または請求項2の3相中性点ク
ランプ式PWMインバータ装置において、前記第1の設
定値を変調率の値によって変化させることを特徴とする
3相中性点クランプ式PWMインバータ装置。
3. The three-phase neutral point clamp type PWM inverter device according to claim 1, wherein the first set value is changed according to a value of a modulation factor. Formula PWM inverter device.
【請求項4】 請求項1または請求項2の3相中性点ク
ランプ式PWMインバータ装置において、前記第1の設
定値を中性線に流れる電流の方向又は出力電流の位相に
よって変化させることを特徴とする3相中性点クランプ
式PWMインバータ装置。
4. The three-phase neutral point clamp type PWM inverter device according to claim 1, wherein the first set value is changed according to a direction of a current flowing through a neutral line or a phase of an output current. A three-phase neutral point clamped PWM inverter device.
【請求項5】 請求項1または請求項2の3相中性点ク
ランプ式PWMインバータ装置において、前記第1の設
定値を前記中性線の電圧値に応じて変化させることを特
徴とする3相中性点クランプ式PWMインバータ装置。
5. The three-phase neutral point clamp type PWM inverter device according to claim 1, wherein the first set value is changed in accordance with a voltage value of the neutral line. Phase neutral point clamp type PWM inverter device.
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